嵌入式驱控一体的Delta机器人控制器研发

发布时间：2020-03-06 10:52

【摘要】：伴随着工业4.0概念和中国制造2025计划的出现,预示着工业机器人的应用与发展将成为新一轮工业革命的主要力量。机器人控制技术也将成为工业设备和民用智能化的底层关键技术。由于我国机器人在缺少核心技术上的不足,与机器人技术发达的日、美、德等国家相比已显落后,因此自主研发出高性能机器人控制器显得十分紧迫。驱控一体的控制无论是在空间体积和生产成本都比目前现有控制产品更具优势,但是现有的驱控一体化技术由国外自动控制公司所研发,且不对外开放,我国目前对于该方向的研究还处于初级阶段。本文提出了一种驱控一体化的设想和一种将空间几何法与向量法相结合的改进型运动学求解方法。将改进型运动学求解方法应用于驱控一体化系统平台后,在Delta机器人上验证设想效果。首先,在传统Delta机器人的建模基础上,提出一种基于空间几何向量法的改进型运动学求解方法,简化Delta机器人运动学求解过程,提高CPU的效率;然后利用MATLAB验证了改进型Delta机器人运动学解法的可行性,在此基础上推导出机器人运动学的雅克比矩阵,为确保整个系统的稳定性对机器人的奇异位形进行分析。其次,针对Delta机器人功能需求提出并设计驱控一体化控制器的硬件控制策略。提出了ARM+DSP+EtherNet硬件架构,按控制功能进行模块化设计,完成顶层控制与底层驱动的硬件结构设计及驱控一体化控制系统硬件平台搭建,为Delta机器人运动学和动力学控制奠定了硬件基础。再次,在该一体化驱动控制硬件平台上建立带前馈的PID的伺服驱动系统控制模型,并在该模型的基础上对控制器所用到的F28M36和F2812控制芯片进行软件设计,保证机器人的运动控制能够满足用户需求,为一体化控制系统整体测试奠定基础。最后,在该一体化驱控平台上对Delta机器人进行系统联调及动态测试。通过运动学模型验证实验、多点连续运动轨迹实验、动态分拣实验、蛙跳重复定位实验等运动实验后收集实验结果并记录。通过实验数据分析,论证了本文一体化驱动控制技术在Delta机器人上的应用具有可行性和可靠性,同时证明了基于空间几何向量法的改进型运动学求解方法的有效性。
【图文】：

图 1.1 Delta 机器人应用于食品生产线 1.4 机器人控制器概述 目前我国机器人产业竞争力不强，主要就是因为包括控制器在内的核心部件自主能力不足[17]。与国外相比，我国对运动控制的研发与生产起步晚，性能低且差距大。但国外先进运动控制器价格昂贵，并且有相当部分功能存在技术封锁，为适应工业机器人产业化的需要，开发自主产权的高性能商用控制器成为当务之急[18-19]。 机器人系统开放性、位置精度、轨迹精度等性能指标与控制器密切相关[20]。针对工业机器人的控制经历了三个阶段： 第一阶段：集中式控制方式 早期的机器人多采用单 CPU(Central Processing Unit)集中式控制，即用一块核心处理器实现全部运动控制功能[21]。集中式机器人控制系统结构如图 1.2 所示，

图 1.2 集中式机器人控制系统结构 阶段：主从式控制方式 控制方式即采用两个处理器相互协同工作，，主控制和从控制器制系统的所有功能。主从式机器人控制器结构如图 1.3 所示，速处理优势的 CPU 处理器来实现机器人路径规划、轨迹规划任务，人机交互等工作任务和高级管理功能。从控制器主要实控制和机器人的关节驱动，使用伺服控制芯片实现机器人的伺控。主从式控制方式的两级处理器通过双端口 RAM(Ramd者 IPC(Inter-Processor Communication)进行内部处理器间数布式控制则可行性较低，所以这种模式的控制器应用局限性较
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：2585144