轻工包装机器人专用运动控制系统研究

发布时间：2017-11-09 17:30

  本文关键词：轻工包装机器人专用运动控制系统研究

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【摘要】：随着人力成本的不断提高以及机器人技术的日趋成熟,劳动密集型的包装行业寻求产业转型,轻工包装机器人的应用成为一个潮流。目前国内主流的机器人运动控制系统主要依赖进口,或采用通用开放式运动控制器进行二次开发,没有专门针对轻工包装行业机器人的控制系统,因此本文以轻工包装机器人专用运动控制系统为研究对象,分析机器人模型与关键技术,并对控制器进行设计,将包装工艺融入控制器,大大降低机器人的使用难度。首先分析常用轻工包装机器人以及机器人运动控制系统的特点,结合轻工包装机器人工艺需求,和机器人控制中的关键技术,对轻工包装机器人运动控制系统进行了总体方案设计,提出了ARM与专用运动控制芯片结合的主从控制架构的硬件方案,在此基础上选用μC/OS-II实时操作系统进行程序设计。其次在综合比较常用的轻工包装机器人的基础上,提出了一种新型轻工包装机器人,并以此为例,进行分析与建模,给出了轻工包装机器人运动控制的分析过程。首先利用CAD对其结构进行设计,在此基础上通过D-H法建立机器人杆件模型,利用齐次变换公式推导机器人的运动学方程,并对机器人工作空间进行分析。利用Matlab Robotics Toolbox对所设计机器人仿真与验证,并给出机器人工作空间的三维图。机器人位置控制、速度控制与轨迹规划是机器人运动控制的核心技术。分析了机器人伺服位置控制。另外在分析传统的S曲线速度规划控制方法的基础上,采用了基于三角函数的改进型S曲线速度规划算法,并验证了速度规划算法的有效性与合理性。机器人的轨迹规划是机器人控制的重中之重,重点分析了多轴控制的直线插补、圆弧插补和基于关节控制满足机器人柔性需求的三次样条插补算法,并给出了仿真结果。根据轻工包装机器人运动控制系统的特点,给出了轻工包装机器人专用运动控制器的硬件设计与软件设计。硬件设计以STM32F407ZGT6与PCL6045BL为控制核心,设计了机器人控制系统。硬件电路设计主要包括核心板设计、电源模块设计、通信模块设计、运动控制模块设计,以及外设接口设计,包括伺服接口,手轮接口等。软件部分给出了μC/OS-II操作系统的移植过程,并给出了主程序、机器人运动控制程序、示教程序的流程图。最后进行了实验平台的搭建和具体实验,给出了实验结果,并分析了系统设计中存在的不足,并提出了下一步的工作目标。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB486;TP242

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本文编号：1162888