六轴工业机械臂运动控制系统设计与实现

发布时间：2020-07-01 22:51

【摘要】：伴随着工业机械臂在中小型加工制造企业的投入和使用,机械臂可以出色的完成重复性任务,显著地提升了工厂传统加工作业自动化水平,缩短了产品加工周期,有效地提高了工厂生产率及降低生产成本。因而,随着工业机械臂应用场景多样化的发展,苛刻的生产工况对机器人的体积、灵活度等方面提出了更高的要求。工业机械臂控制系统正朝着开放性、模块化的方向发展,设计适应多种环境、性价比高,满足中小型加工工厂需求的机械臂运动控制系统势在必行。本文的主要目的为通过建立的分层结构的机械臂控制系统软硬件平台,实现对工业机械臂的控制。主要的工作内容如下:(1)机械臂运动控制系统设计。系统采用“PC+STM32”二级控制体系结构,替代现有多核心架构,有效地降低研发成本,提高了系统结构稳定性,能对不同应用类型的机械臂控制方案进行快速实现。上位机运行基于Visual C++设计的上位机控制软件,实现了机械臂控制系统的运动控制、交互等功能。下位机为机器人控制器,采用STM32微处理器作为机器人控制器的主控芯片,主要负责机器人的运动控制,其中通过I/O接口向机器人伺服系统发送脉冲数量和频率,完成对机械臂伺服系统的控制,最终实现机器人关节联动控制。采用PID控制算法,用来处理给定位置信息和实际位置信息偏差,降低位置控制误差,最终实现机械臂的正常运转并完成简单的动作的控制。(2)机械臂运动规划算法与位置控制策略研究。本文提出了机械臂关节速度连续运动规划方案,通过引入神经动力学方法到所提出的运动规划方案中,有效消除机械臂末端任务切换时关节速度跳变产生的位置误差,最后通过仿真验证所提运动规划方案的准确性。针对单轴机械臂伺服系统,设计了基于自适应反步法的机械臂伺服系统的位置控制策略,所设计的跟踪控制算法具有抗扰动性、快速性等优点,仿真验证其有效性。(3)完成对机械臂运动控制系统的联合调试和实验分析,所设计的控制系统能够实现机械臂本体的控制需求,控制性能良好。
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241.2
【图文】：

通过 RS232串口通信实现与机器人控制器的通制。并利用 PC机强大的运算处理能力，运行基于 Visu现机械臂的运动轨迹规划等功能。机器人控制器主要负过 I/O接口向机器人伺服系统发送脉冲数量和频率以完实现机器人关节联动控制、轨迹规划等功能。另外，机S232 反馈。控制器硬件设计制器主要为实现对伺服电机的驱动、电机的位置闭环控制设计的机器人控制器，采用基于 STM32F429IGT6 嵌入式板加外围电路组合的设计思路。机器人控制器的实物图资源包括存储器、USART 接口、定时器、JTAG 电路、元电路以及外围设备接口，另外控制器扩展了串行 FLA地满足机器人控制系统存储大量数据信息的要求，大大

32F429 型微处理器集成了高达 2MBFlash/256KBR内部配备了 2条 APB总线、2条 AHB总线和 1个 线矩阵的增强型 I/O接口及外设资源，如 12个通用器，4个 USART及 4个 UART等。能够满足一些复配备的丰富的片内存储器以及外围设备，使得微控电机驱动及应用控制。本文采用野火电子推出的 S如图 3-3所示。

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本文编号：2737383