2。3  硬件结构组成 

DSP(Digital Signal Processing)的起源要追溯到上世纪 70 年代，那时有人提出了DSP的概念，当然大部分都只停留在理论研究，直到 80 年代借助集成电路的发展才出现了各种 DSP 芯片，并成功应用到了多个领域，特别是到了 1990 年以后出现了许多基于DSP 技术的多轴运动控制系统，可说此时 DSP 技术已经进入了一个高速发展的阶段，现在 DSP 产品的发展趋于处理核心的高度集成化，将多种外围辅助元件集成到一块芯片上，使得 DSP 产品具有更全面更强大的处理能力。

整个机器人控制系统中硬件平台的选择至关重要，基于 DSP 技术的多轴运动控制器具有快速性、兼容性、高集成性和易操作性等特点，再配合具有较好稳定性和抗干扰能力的工业计算机（IPC），组建成一套 IPC+DSP 运动控制器的开放式焊接机器人控制系统，图 2。3 是系统硬件原理框图。

图2。3 系统原理框图

图中的运动控制系统模块的核心主要由工控机和 ACR9000 运动控制器组成，工控机以其卓越的可靠性和高抗干扰性已经在工业现场控制领域中得到了广泛的运用，本课题采用的 ACR9000 运动控制器是一款能够同时实现 8 轴控制以及多任务处理的高性能控制器，工控机与控制器之间用双绞网线连接，具有优秀的抗干扰性，运动执行部分采用的是交流伺服控制形式。

2。3。1  工控机 论文网

焊接机器人的工作环境相对来说比较嘈杂，有各种不稳定的干扰因素，而控制精度要求却比较高，所以为了保证控制的稳定性和系统的开放性，作为整个系统的控制核心必须具备以下几个性能： 

1。  具有防磁、防震、防粉尘、防摔特性； 

2。  具有很好的数据交互和扩展性能； 

3。  能够保障长时间的稳定运行； 

4。  具有较强的任务处理及运算能力。

2。3。2  运动控制器 

本课题所研制的机器人是 6 关节的串联机器人，选用的运动控制器必须能够实现至少 6 个轴以上的组合控制，而且为了能够与标准的工控机进行通讯则必须支持一些通用的通讯协议，同时还要提供足够的 I/O 口用来满足焊机控制所需，当然也要保证优秀的抗干扰性和长时间稳定运行能力。 

图2。4 运动控制器

2。4  本章小结 

本章主要是依据开放式控制系统的要求，建立了一套工控机搭配运动控制器的焊接机器人控制系统，介绍了系统的硬件组成及各个硬件组件的参数和信息。 

第三章 六自由度焊接机械手的运动学研究

    机械手运动学的研究是机械手运动规划和编程控制的基础。当对机械手在工作空间中进行设计时，首先要做的就是对机械手进行运动学研究。机械手是由一系列连杆通过关节连接而成，因此需要一种描述连杆位移、速度、加速度以及动力学问题的行之有效的数学方法。这种数学方法是采用矩阵方法来对机械手的运动学和动力学问题进行描述。这种数学描述是将三维空间中连杆的位置和姿态表示成等价的齐次变换形式（四阶方阵），这种变换将连杆在空间中的表示与矩阵运算联系起来。在机械手的每个连杆上分别固接一个连杆坐标系，将机械手复杂的几何参数在坐标系中表示出来，使用这些参数再描述各连杆坐标系之间的关系[5]。 

3。1  位置和姿态的表示 

3。1。1 位置描述 

    对于空间内任一点的位置，可以用 3×1 的位置矢量在坐标系中表示出来。在坐标系{A}中，用 3×1 的位置矢量