机器人是一种能进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。自从上世纪六十年代问世以来，其发展过程也几经波折，目前工业机器人已经成为自动化领域的一大分支。到上世纪末，全世界服役机器人约100万台，并且仍然保持着旺盛的发展趋势。这些机器人主要分布在日本（约占60）美国（约占15）和德国（约占13）等工业发达国家，特别是日本机器人的密度（指制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量）为世界之，保持着“机器人王国”的地位。

　　随着工业机器人数量的快速增长和应用范围向工业、宇航和国防等领域的渗透，对其工作能力也提出了更高要求，特别需要具有不同程度智能的机器人和特种机器人。它们不仅安装了各种反馈传感器，而且还运用了人工智能中多种学习、推理和决策技术。同时吸收了相关领域许多新的研究成果，如临场感技术、虚拟现实技术、多智能体技术、人工神经网络技术、模糊集合理论、专家系统理论、遗传算法和遗传编程、仿生技术、多传感器集成和信息融合技术、记忆材料和纳米技术等。可见，21世纪机器人明显向着智能化（intellectualization）方向发展。

　　为了推动机器人工业的迅速发展，对相应的研究开发和应用人才的需求也越来越迫切，从而对人才培养的质量和机器人教学培训设备提出了更高的要求。国外对此都非常重视，专门组织研究、开发和生产教学培训用机器人产品，以满足学校和研究机构的需要。为此，下面详细介绍一种符合我国国情的教学工业两用NGR01型机器人电气控制系统的设计过程。

　　1NGR01型机器人机器人可按其几何结构、控制方式、智能程度、应用场合和移动性能等方面来进行分类。这里我们选择了具代表性的多关节机器人作为研究对象，结构外形如所示。它主要由底座（或躯干）、上臂和前臂构成上臂和前臂可在底座的垂直平面上运动。在前臂和上臂间机器人有个肘关节，在上臂和底座间有个肩关节。当要求机器人在水平面上运动时，可以通过腰关节绕底座旋转来实现。当要求机器人在垂直平面内运动时，可以通过肩关节和肘关节旋转来实现。由于这种机器人的工作空间形成球面的大部分，故称之为关节式球面机器人。

　　如所示NGR01型机器人由腰、肩、肘、摆腕、旋腕以及手指张夹等关节组成全部采用铝材加工而成通过谐波齿轮减速和同步齿形带传动。其有关结构参数如下：腰关节回转310°，肩关节带动上臂旋转90°肘关节带动前臂旋转180°，腕关节可实现摆腕180°和旋腕360°上NGR01型机器人外形图臂长220mm，前臂长220mm，手腕和末端执行器（夹手）总长200mm，设计负荷能力2驱动系统设计121 NGR01型机器人采用了间接驱动方式，除腰关节电动机安装在底座内以外，其余关节电动机均安装在机器人肩关节旁边，然后通过齿轮和同步齿形带将力矩传递到相应的各个关节，这样可以减轻机器人本身负载重量及惯性，改善其动态性能，同时①基金项目江苏省教委自然科学研究基金项目（99KJB460006）年第4、月还可以通过结构优化设计美化外观。

　　为了兼顾NGR01型机器人用于教学场合验证有关原理和演示工作过程必须考虑到生产成本的经济性，同时对其精度和动、静态指标要求不太高。因此，选用了日本三洋公司生产的混合式步进电动机驱动系统，电机型号及基本性能如表1所示。

　　表1各关节电机及其基本性能指标关节电机型号相数驱动方式额定相电流（A）保持力矩CN°m）转子惯量腰、肩、肘、摆腕、旋腕关节电机配套的驱动电路模块型号是5702―1，手指电机配套的驱动电路模块型号是PMM―BD― 4504.它们均采用36V直流供电，双极性恒流斩波工作方式，内部设置有自动过流保护电路和过热保护电路。

　　手指电机步距角为1.8°其它关节电机步距角均为满步0. 72°、半步0.36°为了提高定位精度和减小振荡，选用了半步工作方式。现以肩关节电机103H7522矩的起动和运行特性曲线如所示。

　　步进电动机首先采用谐波齿轮箱进行减速，速比均为i= 100，然后通过圆柱齿轮和同步齿形带将力矩传递到相应关节。

　　腰关节电机高工作频率设为1kpps腰、肩、肘、摆腕、旋腕电机高工作频率设为5kpps手指电机高工作频率设为4kpps 1总体框图NGR01型机器人控制系统采用三级结构的多CPU并行工作方式，其总结构框图如所示。

　　中级计算机选用工业级的PC机，基于VC++环境编写控制软件。有关这方面的工作我们将另行介绍。

　　蔡自兴。机器人学。北京：清华大学出版社，2000空航天大学出版社，1993副教授，硕士。

　　（编辑何钢）（上接第56页）轨迹优化评估研究。汽车技术，1998（10）：16~206|牛文铁。面向快速制造的汽车覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成研究D.天津：天津大学研究生院，2002士后。

　　（编辑江复）年j