三、方案论证

由于控制系统包硬件和软件。所以具体的方案论证我会从硬件和软件两个方面来进行。而对于硬件来说，它主要组成有电机、电机驱动器、控制器和计算机。软件是指应用程序，根据机器人的运动要求，包括车身和手指位移、速度和加速度要求，去控制每一个电机的运动。机器人控制系统组成框图如下图所示

首先从硬件方面来看主要以下几个方面：

1、电机的选择：在机器人中，执行机构一般分为液压驱动和电机驱动两种类型，其中又以电机驱动最为常见。此次课题有关执行机构我所采用的是电机驱动的方式。这就会涉及到电机的选择，机器人中常用的电机有：有刷直流伺服电机、无刷直流伺服电机、无刷交流伺服电机（包括同步和异步）以及步进电机。第一、对于有刷电机与无刷电机的选取，无刷相对有刷的电机来说有如下优点：

运行声音小、寿命长、速度高、在一些易燃易爆的地方无火花就可以大显身手了。同时缺点有：造价高、如果使用的环境是在高磁场的地方或曾经接触或和高磁场很近电机将失去作用。综合考虑后，我选择的是无刷一类的电机。第二、对于伺服电机和步进电机的选择，通过从控制精度、低频特性、矩频特性、过载能力、运行性能和速度响应性能的不同，以及家用服务机器人不可避免的要求快速启停的控制场合，所以步进电机不太适合故采用伺服电机。考虑的价格经济成本考虑和安全性考虑，直流伺服电机相比交流伺服电机更具有优势。

故主要可能会有以下三种方案：

a) 当采用步进电机时，相对于伺服电机区别主要体现在控制精度较低、会出现低频振动现象、输出力矩随转速升高而下降（较高转速急剧下降）、不具有过载能力、控制方式开环控制并且加速性能较差，不太适合要求快速启停的控制场合。但是同时步进电机更适合需要精确的进退动作（如捡拾和安置）的应用场合，并不适合长时间转动的领域。

b) 当采用直流伺服电机时，它相对于步进电机的区别在于控制精度较高、

低速运转平稳不振动、输出恒力矩、具有较强过载能力、闭环控制并且更加可靠和加速性能较好，适合用于快速启停的场合。c) 而对于普通电机来说，它一般都是速度控制，即要求电机多少转/分钟。它对转速和扭矩的具体情况不需要很明确。应用场合比如说电风扇、碾米机、抽风机等等

2、电机驱动器的选择：电机驱动器主要可以分为两种，数字式的驱动器和非数字式的驱动器。

a) 数字式的基本上依靠总线通讯，通过读写驱动器上的控制器的寄存器或者RAM来实现数据交换。在上层只需要发送简单的控制参数就可以了（例如，PTP运动——在给定的时间运动到给定的位置，PVT——在给定时间以给定速度到达给定位置点，JOG运动——以给定的速度一直运动等等），该驱动器一般多用在直流伺服电机的控制上，直流驱动相对简单一些（通讯can,ethercatetc.，PWM或者PFM调制脉冲宽度或者频率，控制算法，一般为PID+前馈控制feedforward），因此可以做得特别小（功率相对小一些，用的一般为MOSFET，而非IGBT），因此很多小型的机械臂上面使用的就是这种驱动器。

b) 非数字式的驱动器提供的控制方式就比较灵活了，例如位置控制是通过发送脉冲来实现的；速度控制或者力矩控制通过模拟量来控制。该种驱动器很多是用来驱动三相交流伺服电机，功率体积相对要大一些。例如，日本的三菱，安川，松下，东方等驱动器。

综合以上文献与数据分析，目前根据电机暂时我所选的驱动器为数字式的驱动器。