论文总字数：30446字

摘 要

SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)是一种平面关节型工业机器人，具有四个自由度，包括X、Y、Z方向的旋转运动和沿Z轴的直线运动。工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志，我国工业机器人技术远远落后欧美日等发达国家，因此研制我国自主的工业机器人显得尤为重要。

本文在对SCARA教学机器人结构分析的基础上，运用D-H方法对SCARA教学机器人进行了的运动学分析，并采用关节空间法和笛卡儿空间法详细规划了机器人的运动轨迹，在充分研究了开放式机器人的体系结构的基础上，给出了SCARA教学机器人控制系统的软硬件模式，开发了基于PC机ISA总线的运动控制器，该控制器可以同时控制四个伺服或步进电机。由于软硬件的开放式结构，用户或第三方可方便地进行二次开发，扩充其应用功能。本课题研究的内容已经运用到教学中，对于机器人的教学和研究都起到了很好的作用。

关键词 开放式控制系统 教学机器人 控制器 SCARA 伺服电机

The design of SCARA robot control system

Abstract

SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm) is a facet joint industrial robot, with four degrees of freedom, including the X,Y,Z direction of rotation and linear movement in the Z axis. Industrial robots have become the measure and important symbol of a country’s technological and manufacturing level, China’s industrial robot technology lags far behind Europe and other developed countries, therefore, it is of great significance to develop China’s own industrial robots.

Based on analyzing the structure of SCARA teaching robot, the article analyzes the robot’s motion with D-H methodology and plans the robot motion Path with the method of joint space and method of Cartesian coordinate system. We've got the software and hardware model of controlling system for SCARA teaching robot. Based on ISA bus of PC and WINDOWS friendly interface and open structure, we've developed the circuit board of the control electromotor that can simultaneously controls four servos or step entry electromotor. Because of the open structure of the software and hardware, it's convenient of user and the third party to further develop and expand its application function. We've applied SCARA teaching robot to education, which plays a good role in teaching and researching of robot.

Keyword: open control system; teaching robot; controller; SCARA; servo motor

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 SCARA机器人概述 1

1.3 平面关节型装配机器人关键技术 2

1.3.1操作机的机构设计与传动技术 2

1.3.2机器人计算机控制技术 3

1.3.3检测传感技术 3

1.3.4离线编程与图形仿真技术 4

1.3.5柔顺手腕 6

1.4国外的研究现状及发展趋势 6

1.5国内发展现状 8

1.6 发展趋势 9

第二章SCARA机器人控制系统的总体设计 11

2.1 SCARA机器人控制系统总体方案 11

2.1.1开放性控制系统的特征 11

2.1.2机器人控制系统的功能 12

2.1.3 机器人控制系统的组成 13

2.1.4 机器人控制系统分类 13

2.1.5 机器人控制系统结构 14

2.2 SCARA机器人控制系统的构建 14

2.2.1 基于PC的开放式控制系统的实现模式 14

2.2.2 SCARA机器人控制系统构建 15

2.2.3 SCARA机器人控制硬件系统构建 15

2.2.4 SCARA机器人控制软件系统构建 16

2.2.5 SCARA机器人控制系统的特点 19

第三章 SCARA机器人控制系统的硬件设计 20

3.1 控制系统的硬件设计 20

3.1.1运动控制系统的硬件 20

3.1.2 基于运动控制卡和步进单元的运动控制 22

3.1.3 系统硬件平台构建 25

3.2 本章小结 26

第四章 运动控制卡的开发 27

4.1 PC机的接口技术及扩展插槽 27

4.1.1 接口技术的概述 27

4.1.2接口的基本功能 28

4.1.3接口的基本结构 29

4.1.4微机总线技术 29

4.2基于PC机的运动控制卡的开发 32

3.2.1 运动控制卡硬件组成 33

4.2.2 控制轴卡的控制原理 35

4.3 本章小结 36

第五章 结论 37

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪论

1.1引言

机器人技术是具有战略性的高尖技术领域。机器人技术被IEEE（国际电气电子工程师协会）的科学家认为是未来科技发展的重要方向，机器人技术的重要性不言而喻。

工业机器人既具有控制器、操作机(机械本体)、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种可重复编程、多功能的操作机器。其用途是用来输送材料、工件、刀具及一些特殊装置，通过各种程序控制运动来完成多重不同任务。 

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