自驱动关节臂坐标测量机关节模块测控系统研究

发布时间：2020-06-14 22:36

【摘要】：关节臂坐标测量机测量范围不受导轨、标尺和工作台尺寸限制,更容易深入到正交坐标测量机不易深入的工件部位去测量,并且具有灵活、便携、经济等优点而得到广泛的应用。但由于其手动拖拽的人工测量方式,可能引入不可预测的人为的测量误差,也很难满足在线、自动测量的需求,为此提出研究自驱动关节臂坐标测量机。本文以自驱动关节臂坐标测量机为研究对象,研究基于FPGA的关节模块的测控系统,包括角度测量、电机控制、驱动以及通讯等,为关节式坐标测量机实现自动测量打下基础。本文首先介绍了自驱动关节模块的结构和自驱动关节臂坐标测量机的测量模型,在此基础上设计了测控系统方案。介绍了无刷直流电机的工作原理,建立了其数学模型,用MATLAB/Simulink软件搭建了无刷直流电机位置-速度-电流三闭环系统控制模型,采用PI控制算法,并进行了仿真分析。所设计的测控系统以FPGA为核心,主要包括测量电路和控制电路两大部分。测量电路包括电流采集电路,角度采集电路,霍尔信号采集电路等;控制电路主要是电机驱动控制电路。同时在FPGA上进行了硬件程序设计,对于光栅传感器,设计了信号整形、四细分辨向及可逆计数器程序;对于电流信号的采集,设计了采用AD转换器采样母线电阻两端电压的程序;对霍尔传感器设计了根据霍尔信号对电机换相以及测速程序;设计了PWM脉宽调制、换相逻辑程序和PID控制算法程序等,实现对无刷直流电机的控制;设计了和上位机的串口通信程序。经仿真分析,上述电路程序设计正确。最后,研制了关节模块接口电路,建立了实验平台。搭建基于多面棱体和自准直仪的光栅校准系统对本设计的位置采集模块进行调试验证,验证了角度测量的可靠性。进行了无刷直流电机控制实验,对FPGA上控制程序及电机驱动电路加以验证,基本功能得以实现。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH721
【图文】：

图 1.1 小阪研究所的关节臂式坐标测量机Fig. 1.1 AACMM of KOSAKA学者 Werner Lotze 提出了一种为车间环境测量机，这种测量机结构原理图如图 1.2，关节，通过平面内两平行关节的转动实现动实现 Z 坐标的测量[6]。

图 1.1 小阪研究所的关节臂式坐标测量机Fig. 1.1 AACMM of KOSAKA国学者 Werner Lotze 提出了一种为车间环境而设计的标测量机，这种测量机结构原理图如图 1.2，它有一个转关节，通过平面内两平行关节的转动实现 X,Y 坐移动实现 Z 坐标的测量[6]。

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本文编号：2713459