应用于智能搬运场景的机械臂自动控制系统设计.pdfVIP

２０２５年第３期工业仪表与自动化装置·６５·

应用于智能搬运场景的机械臂

自动控制系统设计

尤佳旗，郑方志，吴高生

（上海航天精密机械研究所，上海２０１６００）

摘要：在现代化的工业生产过程中，需要功能合理、运输方便、功耗更低的自动控制机械臂来实

现智能化的生产运行。为此，该文提出了一种结构合理、可靠度高的四轴机械臂自动控制系统。该

文主要从该系统的机械、硬件、软件和算法四个部分进行介绍。机械臂通过运动学的数学模型进行

建模，控制部分采用ＰＩＤ算法完成信号处理，实现对机械臂各个运动轴的控制，从而使机械臂通过

４个运动轴的合理配合，在最小的范围内用最短的时间到达预定位置。搬运实验的数据结果表明，

所设计的自动控制机械臂系统，相较于传统的传送方式能够节约３０％的搬送时间，适用于智能制

造工厂常见的多种搬运工况，具有良好的普适性。

关键词：四轴机械臂；自动控制系统；运动学分析；ＰＩＤ算法

中图分类号：ＴＰ１３文章编号：１０００－０６８２（２０２５）０３－００６５－０５

文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．１９９５０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ６１－１１２１／ｔｈ．２０２５．０３．０１２

Ｄｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｏｔａｒｍａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎ

ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ＹＯＵＪｉａｑｉ，ＺＨＥＮＧＦａｎｇｚｈｉ，ＷＵＧａｏｓｈｅｎｇ

（ＳｈａｎｇｈａｉＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｍｏｄｅｒｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ａｕｔｏｍａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｓｗｉｔｈｒｅａｓｏｎａｂｌｅ

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ａｎｄｌｏｗｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｒｅｎｅｅｄｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｆｏｕｒ－ａｘｉｓｒｏｂｏｔｉｃａｒｍａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｒｅａｓｏｎａｂｌｅ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，

ｈａｒｄｗａｒｅ，ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｉｓｍｏｄｅｌｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｍａｔｈｅｍａｔｉ

ｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔｕｓｅｓＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｃｈｉｅｖｉｎｇ

ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅａｃｈｍｏｔｉｏｎａｘｉｓｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｃａｎｒｅａｃｈｔｈｅｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｅｓｔｐｏｓｓｉｂｌｅｔｉｍｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔｒａｎｇｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｕｒｍｏｔｉｏｎ

ａｘｅｓ．Ｔｈｅｄａｔａｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｈａｎｄｌｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｓｙｓ

ｔｅｍｃａｎｓａｖｅ３０％ｏｆｔｈｅｈａｎｄｌｉｎｇｔｉｍｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｖｅｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｖａｒｉ

ｏｕｓｈａｎｄｌｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉ