毕业论文课题相关文献综述
一．研究题目：书写机器人控制系统实现
二．研究目的及意义
书写是人类日常生活中必备的技能，机器人被用于书写是一个新的研究方向和应用，其中在伺服系统的应用和控制策略的研究上都是具有挑战性的工作。书写机器人除了能够替代人工很好的完成书写任务，同样在机器人教学、科研和科普展览等方面也能够发挥重要作用[13]。与复印机和打印机相比，书写机器人最大的优势是可以像人类一样用笔写字，可以还原整个书写过程。所以说书写机器人在教育领域有很大的发挥空间和积极意义[5]。书写机器人一般是教学机器人的研究重点，但多为工业机器人改造而成。而以单片机、DSP或ARM为控制器、结构简单的小型书写机器人成本低且更友好[2]。
三．研究内容及相关技术
本次课题要设计出一个可以书写数字、时间及汉字的简易小型机械臂书写控制系统。机器人控制系统主要包括硬件部分以及控制机器人实现预期运动的软件部分。机器人要完成书写的任务，就需要书写机器人的末端执行器能够沿着规划的路径，按照预期的速度和加速度开始运动。机器人运动轨迹规划的好坏将直接影响机器人末端执行器绘制字符的效果[13]。
1.机器人控制系统硬件平台搭建：在机器人的功能需求上，通常需要涉及到伺服驱动模块、运动控制模块、信号输入输出I/O模块和电源管理与电气保护模块四大模块[13]。要依据本体的机械结构和软件的控制策略确定电气元器件的类型和数量[13]。下面对各个模块中需要实现的功能进行一定的分析和说明：
（1）伺服控制模块：伺服控制模块包含对伺服电机的控制和对伺服驱动器的配置。伺服电机是机器人本体运动的动力源，对整个控制系统而言，准确无误的让每个轴运动到指定位置是非常有必要的[13]。本次课题中我选用舵机，它是一种位置伺服执行器，无需外加传感器构成闭环就能获得较好的位置精度，使用舵机作为驱动器，可使机构实现小型化[2]。舵机内部的基准电路产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号。舵机接收单片机的信号，通过内部信号调制芯片获得直流偏置电压，并与电位器的电压比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。电机通过级联减速齿轮带动电位器旋转。舵机的控制信号采用周期20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5-2.5ms相对应舵盘的位置为0-180，呈线性变化[2]。
（2）运动控制模块：运动控制模块是整个机器人运动控制系统的核心部件，对于机器人来说，没有了运动控制模块，相当于人类没有了心脏。运动控制器本身应该具有强大的运算能力和逻辑分析能力[13]。运动控制器能够输出数字脉冲信号或模拟电压信号，根据伺服电机的驱动要求选用不同的驱动方式，使伺服电机能够按照一定的速度和方向运动。运动控制器具有数字信号输入接口，用于接入机器人本体上存在的各种外部传感器，检测机器人的运动状态。运动控制器具有数字信号输出接口，用来驱动机器人本体上存在的各种外部电气设备[13]。在工业自动化领域，目前最常用的运动控制设备大致有 PLC 和工业控制计算机两类，这也是大多数自动化系统的基础设备[13]。
（3）信号输入输出I/O模块：I/O模块包括一些常用的数字量输入输出、模拟量输入输出、运动控制总线等常用功能[13]。
（4）电源管理模块：在机器人系统中，存在着多种功能模块，不同模块之间对电压的需求又各不相同。电源管理模块就是将系统的总输入电源有效的分配给系统的不同组件[13]。
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