1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义

1.1研究的背景与意义

本次毕业设计所研究的是六自由度机器人，使用galil控制卡。galil运动控制是一家美国电子制造公司，专注于运动控制器的嵌入式系统设计和制造。公司成立于1983年，自从1983年引入第一片基于微处理器的运动控制卡，就一直是运动控制卡领域的领军者。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究对象

基于Galil的六自由度机器人所谓机器人，按美国机器人协会的话说就是一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统^[4]。

2.1.1六自由度机器人

六自由度机器人的系统大致可分为四个部分，如图：

图2.1 系统组成框

1.机械部分：让机器人实现目标轨迹和动作，如机器人机械结构本体、手爪等。

2.执行装置：将信息转化为力和能量，以驱动机械部分运动。

3.控制装置：对机器人系统的控制信息进行处理，并向执行装置发出动作指令。

4.反馈装置：对输出端的机械运动结果进行测量、监控和反馈^[7]。

2.1.2系统机械组成

1.机器人本体（六个旋转自由度，S、L、U、R、B、T）

通过六个轴的相互配合运动来实现预定的轨迹或目标

2.底座（通过地脚膨胀螺栓与地面固结）

固定机器人,使运动平稳。

3.手持盒（按钮与指示灯）

放置位置：方便操作者操作

4.电磁手爪（舵机控制）

控制方式：脉冲控制，舵机活动范围：0-180度，采用外置电源。

通讯方式：RS232

5.精密谐波减速器（行星齿轮传动原理）

特点：传动速比大、承载能力强、传动精度高^[9]；

S轴减速比：134

L轴减速比：135

U轴减速比：99

R轴减速比：96

B轴减速比：65

T轴减速比：64

2.1.3系统电气组成

系统电气组成：PC主机、控制器、伺服单元

PC主机：人机交互的窗口，控制系统运行的平台；

控制器：本实验平台选用的是GALIL品牌的DMC-21x2/21x3系列经济型多轴独立控制器^[6]。

DMC-21x2/21x3系列是GALIL经济型多轴独立控制器，它最多可以用来控制8个轴，为解决复杂运动问题而设计。能够在包括点动、点到点定位、矢量定位、电子齿轮同步、电子凸轮等应用中使用。控制器通过对运动规划曲线的平滑处理以及加、减速过程的控制，可大大减小对机械部分的运动冲击^[8]。基本组成见图2.2

图2.2 控制器基本组成

（1）微处理器：带有4M RAM和4M FLSH。RAM为变量、数组和程序提供存储空间，FLASH 为变量、数组和程序提供断电保存。

（2）通讯：DMC-21x2系列的通讯界面包括一个10M以太网和一个RS232串口。串口 的波特率最高为19.2K。

（3）通用I/O：DMC-21x2提供了8路TTL输入、8路TTL输出的接口。

（4）看门狗定时器：确保微处理器工作在正常状态^[10]。

2.2研究内容

1.确定基于Galil卡的控制系统方案，建立运动控制流程。

2.实现基于Galil卡的六自由度机器人控制与传输。

3.开发出相应的六自由度机器人轨迹规划设计方案和软件开发。

4.完成六自由度机器人轨迹规划控制和试验验证。

2.3技术方案及措施

为满足结构清晰，实现简单，安全稳定的设计理念，本设计将整个系统分为机械系统和控制系统两大部分。机械系统主要由六自由度机器人本体、底座、手持盒等硬件构成；控制系统主要由Galil运动控制器、PC主机、控制柜、伺服单元以及软件GalilTools等构成^[15]。为使机器人能够按照人类的意愿完成指定的动作，就要保证机械系统与控制系统有效且高效的配合。为此，本设计拟采用如下的技术方案：

1.控制系统采用 “PC Galil”硬件构架平台，PC机是上位机，实现程序编写、运动控制、后台运算和管理等工作。Galil运动控制器是下位机，实现运动控制及检测。

2.如图2.3所示，用户通过GalilTools编写相应程序或者通过示教软件给控制中心相应的指令，控制中心将传递来的指令编译为Galil卡能识别的运动程序并下载给下位机，下位机通过轨迹生成模块给每个关节相应的指令来实现相应的运动^[14]。同时，上位机通过调用对应下位机中各种变量和功能的应用程序接口与下位机交换信息，并负责协调整个系统^[11]。

3.使用GalilTools能解决运动控制方面的难题，把程序下载到运动控制卡的存储器中即可执行。用GalilTools执行复杂程序，让PC执行其他任务。在执行程序过程中，Galil控制器仍能随时接收来自PC的命令^[12]。Galil采用两字符的ASCII代表指令，使得编程简单化。除标准运动命令以外，Galil还提供许多其他命令，如跳转、事件触发及子程序等。因此，使用GalilTools即可完成轨迹规划设计方案。另外，拟使用visual studio 2012开发出MFC人机界面，实现对物体的准确抓取^[13]。

4.通过以上的方案设计，并结合实际实验，完成六自由度机器人轨迹规划控制并验证其合理性。

图2.3 六自由度机器人的控制与传输

3. 研究计划与安排

3.进度安排

表3.1 进度安排表

时间	任务
第1-3周	查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；完成英文文献翻译。
第4周	完成总体方案设计。
第5-9周	完成具体设计。
第10-13周	完成设计开发联调，整体系统功能实现。
第14-16周	完成论文初稿。
第17周	修改论文，论文定稿。
第18周	论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1]毕胜。国内外工艺机器人的发展现状[j]。机械工程师，2008，（7）

[2]李渊，武建新，郭宇鸿，李博伟.基于galil控制器六自由度机械手的开发与应用[j].机械工程与自动化，2015，（5）