三轴伺服注塑机机械手控制系统的设计

发布时间：2017-11-01 23:23

  本文关键词：三轴伺服注塑机机械手控制系统的设计

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【摘要】：随着我国工业自动化不断向前推进和人力资源成本不断提高,简单的斜臂式、全气动式和单伺服轴注塑机机械手越来越难以满足注塑企业生产需求。三轴或五轴伺服注塑机机械手作为一种可进行复杂生产活动的高性能机械手会越来越受到注塑企业的青睐,成为行业的主流。本文以三轴伺服横行式注塑机机械手为研究对象,立足于注塑企业的现实需求,通过对注塑机和机械手工作过程的深入研究,完成了机械手控制系统的设计。控制系统采用主从式结构,分为上位机和下位机两个部分,其中上位机采用S3C2416为核心处理器,下位机采用STM32F303VCT6为核心处理器,并完成了上下位机硬件电路板制作和开发了功能齐全、安全可靠上下位机软件。在保证机械手基本功能基础上,控制系统引入了平面直线、空间直线和平面圆弧插补算法,实现堆叠、检测、适配、避障功能,提高了机械手工作效率,并设计了在线编程模块,实现了功能灵活配置,扩大了机械手的应用范围。本文首先根据机械手工作特点和控制系统需求,从整体结构、控制算法、任务分配、状态设计和通信设计五个方面详细介绍整体方案的设计。其次依据上位机控制系统的特点,完成了以S3C2416为核心的硬件电路设计,并在WinCE操作系统上开发了界面友好美观的上位机软件。在上位机软件中,引入了多线程机制,提高了系统运行效率,并实现了操作简单、编程灵活的在线编程模块。然后依据下位机控制系统的特点,完成了以STM32F303VCT6为核心的硬件电路设计,采用前后台框架,完成了三大状态下的程序设计、S型加减速算法和插补算法的程序设计,开发了实时性强、可靠性高的下位机软件。最后基于上下位机通信特点,设计了安全可靠的通信协议,保证了数据传输的安全。经过对控制系统进行控制算法、定位精度以及在线编程测试,证明控制系统基本满足设计要求,具有良好的应用前景。
【关键词】：三轴伺服注塑机机械手 STM32F303 S3C2416 在线编程 WinCE
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ320.52
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 注塑机机械手的国内外发展现状11-12
• 1.3 注塑机机械手概述12-13
• 1.3.1 机械手基本构成12-13
• 1.3.2 机械手典型工作流程13
• 1.4 课题研究意义13-14
• 1.5 课题研究内容14-16
• 第二章 控制系统的总体设计16-38
• 2.1 控制系统的需求分析16-17
• 2.1.1 控制系统功能要求16-17
• 2.1.2 控制系统性能要求17
• 2.2 控制系统整体方案设计17-35
• 2.2.1 整体结构设计17-19
• 2.2.2 控制算法设计19-30
• 2.2.3 工作任务分配30-31
• 2.2.4 工作状态设计31-32
• 2.2.5 数据通信设计32-35
• 2.3 控制系统整体方案的选型35-37
• 2.3.1 硬件平台选型35-36
• 2.3.2 软件平台选型36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 控制系统上位机的设计38-60
• 3.1 上位机硬件系统的设计38-44
• 3.1.1 硬件总体框架38
• 3.1.2 核心模块的介绍38-40
• 3.1.3 核心模块外围电路的设计40-44
• 3.2 上位机软件系统设计44-59
• 3.2.1 软件开发环境介绍44-46
• 3.2.2 软件总体框架46
• 3.2.3 多线程机制46-47
• 3.2.4 UI界面设计47-54
• 3.2.5 在线编程设计54-59
• 3.3 本章小结59-60
• 第四章 控制系统下位机的设计60-82
• 4.1 下位机硬件系统设计60-69
• 4.1.1 控制器核心模块设计60-62
• 4.1.2 与伺服控制器交互模块设计62-66
• 4.1.3 与注塑机交互模块设计66-67
• 4.1.4 与机械手交互模块设计67-69
• 4.1.5 通信模块和电源模块设计69
• 4.2 下位机软件系统设计69-78
• 4.2.1 软件总体框架69
• 4.2.2 停止状态下程序设计69-71
• 4.2.3 手动状态下程序设计71-72
• 4.2.4 自动状态下程序设计72-74
• 4.2.5 控制算法程序实现74-78
• 4.3 上下位机通信协议的设计78-81
• 4.3.1 通信协议安全可靠性设计78-79
• 4.3.2 通信协议结构设计79-81
• 4.4 本章小结81-82
• 第五章 控制系统的测试82-89
• 5.1 测试环境介绍82-83
• 5.2 控制算法测试83-85
• 5.2.1 加减速算法测试83
• 5.2.2 路径规划算法测试83-85
• 5.3 定位精度测试85-86
• 5.4 在线编程测试86-88
• 5.5 本章小结88-89
• 结论与展望89-91
• 参考文献91-94
• 附录一94-97
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果97-98
• 致谢98-99
• 答辩委员会对论文的评定意见99

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本文编号：1128997