ED41B020機(jī)器人是一種能進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。自從上世紀(jì)六十年代問(wèn)世以來(lái)，其發(fā)展過(guò)程也幾經(jīng)波折，目前工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為自動(dòng)化領(lǐng)域的一大分支。到上世紀(jì)末，全世界服役機(jī)器人約100萬(wàn)臺(tái)，并且仍然保持著旺盛的發(fā)展趨勢(shì)。這些機(jī)器人主要分布在日本（約占60%）美國(guó)（約占15%）和德國(guó)（約占13%）等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是日本機(jī)器人的密度（指制造業(yè)中每萬(wàn)名雇員占有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量）為世界之最，保持著“機(jī)器人王國(guó)”的地位。
隨著工業(yè)機(jī)器人數(shù)量的快速增長(zhǎng)和應(yīng)用范圍向工業(yè)、宇航和國(guó)防等領(lǐng)域的滲透，對(duì)其工作能力也提出了更高要求，特別需要具有不同程度智能的機(jī)器人和特種機(jī)器人。它們不僅安裝了各種反饋傳感器，而且還運(yùn)用了人工智能中多種學(xué)習(xí)、推理和決策技術(shù)。同時(shí)吸收了相關(guān)領(lǐng)域許多最新的研究成果，如臨場(chǎng)感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多智能體技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊集合理論、專(zhuān)家系統(tǒng)理論、遺傳算法和遺傳編程、仿生技術(shù)、多傳感器集成和信息融合技術(shù)、記憶材料和納米技術(shù)等。可見(jiàn)，21世紀(jì)機(jī)器人明顯向著智能化（inblectualization）方向發(fā)展。
ED41B020為了推動(dòng)機(jī)器人工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)相應(yīng)的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用人才的需求也越來(lái)越迫切，從而對(duì)人才培養(yǎng)的質(zhì)量和機(jī)器人教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備提出了更高的要求。國(guó)外對(duì)此都非常重視，專(zhuān)門(mén)組織研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)教學(xué)培訓(xùn)用機(jī)器人產(chǎn)品，以滿足學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)的需要。為此，下面詳細(xì)介紹一種符合我國(guó)國(guó)情的教學(xué)工業(yè)兩用NGR01型機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。
1NGR01型機(jī)器人機(jī)器人可按其幾何結(jié)構(gòu)、控制方式、智能程度、應(yīng)用場(chǎng)合和移動(dòng)性能等方面來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。這里我們選擇了最具代表性的多關(guān)節(jié)機(jī)器人作為研究對(duì)象，結(jié)構(gòu)外形如所示。它主要由底座（或軀干）、上臂和前臂構(gòu)成上臂和前臂可在底座的垂直平面上運(yùn)動(dòng)。在前臂和上臂間機(jī)器人有個(gè)肘關(guān)節(jié)，在上臂和底座間有個(gè)肩關(guān)節(jié)。當(dāng)要求機(jī)器人在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)腰關(guān)節(jié)繞底座旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)要求機(jī)器人在垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于這種機(jī)器人的工作空間形成球面的大部分，故稱(chēng)之為關(guān)節(jié)式球面機(jī)器人。
如所示NGR01型機(jī)器人由腰、肩、肘、擺腕、旋腕以及手指張夾等關(guān)節(jié)組成全部采用鋁材加工而成通過(guò)諧波齒輪減速和同步齒形帶傳動(dòng)。其有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：腰關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)310°，肩關(guān)節(jié)帶動(dòng)上臂旋轉(zhuǎn)90°肘關(guān)節(jié)帶動(dòng)前臂旋轉(zhuǎn)180°，腕關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)擺腕180°和旋腕360°上NGR01型機(jī)器人外形圖臂長(zhǎng)220mm，前臂長(zhǎng)220mm，手腕和末端執(zhí)行器（夾手）總長(zhǎng)200mm，設(shè)計(jì)負(fù)荷能力2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)121 NGR01型機(jī)器人采用了間接驅(qū)動(dòng)方式，除腰關(guān)節(jié)電動(dòng)機(jī)安裝在底座內(nèi)以外，其余關(guān)節(jié)電動(dòng)機(jī)均安裝在機(jī)器人肩關(guān)節(jié)旁邊，然后通過(guò)齒輪和同步齒形帶將力矩傳遞到相應(yīng)的各個(gè)關(guān)節(jié)，這樣可以減輕機(jī)器人本身負(fù)載重量及慣性，改善其動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)①基金項(xiàng)目江蘇省教委自然科學(xué)研究基金項(xiàng)目（99KJB460006）年第4、月還可以通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)美化外觀。
為了兼顧NGR01型機(jī)器人用于教學(xué)場(chǎng)合驗(yàn)證有關(guān)原理和演示工作過(guò)程必須考慮到生產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對(duì)其精度和動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)要求不太高。因此，選用了日本三洋公司生產(chǎn)的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)型號(hào)及基本性能如表1所示。
表1各關(guān)節(jié)電機(jī)及其基本性能指標(biāo)關(guān)節(jié)電機(jī)型號(hào)相數(shù)驅(qū)動(dòng)方式額定相電流（A）保持力矩CN°m）轉(zhuǎn)子慣量腰、肩、肘、擺腕、旋腕關(guān)節(jié)電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)電路模塊型號(hào)是5702―1，手指電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)電路模塊型號(hào)是PMM―BD― 4504.它們均采用36V直流供電，雙極性恒流斬波工作方式，內(nèi)部設(shè)置有自動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路和過(guò)熱保護(hù)電路。
手指電機(jī)步距角為1.8°其它關(guān)節(jié)電機(jī)步距角均為滿步0. 72°、半步0.36°為了提高定位精度和減小振蕩，選用了半步工作方式?，F(xiàn)以肩關(guān)節(jié)電機(jī)103H7522矩的起動(dòng)和運(yùn)行特性曲線如所示。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)首先采用諧波齒輪箱進(jìn)行減速，速比均為i= 100，然后通過(guò)圓柱齒輪和同步齒形帶將力矩傳遞到相應(yīng)關(guān)節(jié)。
腰關(guān)節(jié)電機(jī)最高工作頻率設(shè)為1kpps腰、肩、肘、擺腕、旋腕電機(jī)最高工作頻率設(shè)為5kpps手指電機(jī)最高工作頻率設(shè)為4kpps 1總體框圖NGR01型機(jī)器人控制系統(tǒng)采用三級(jí)結(jié)構(gòu)的多CPU并行工作方式，其總結(jié)構(gòu)框圖如所示。
中第一級(jí)計(jì)算機(jī)選用工業(yè)級(jí)的PC機(jī)，基于VC++環(huán)境編寫(xiě)控制軟件。有關(guān)這方面的工作我們將另行介紹。
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