基于CPAC的六自由度工业机器人控制系统设计与实现

发布时间：2020-08-17 20:42

【摘要】：工业机器人技术综合了机械、电子、控制、计算机等多学科先进技术的发展成果,代表着自动化领域的最高成就。作为机器人控制技术的核心,机器人控制系统的研究与开发,一直备受国内外产业界和科研院所的关注。传统的商用机器人大多采用封闭式的架构,系统的兼容性差,开放程度低,用户难以对系统进行调整以满足自身需求,限制了系统的可重构性。因此,开发具有一定开放程度的机器人控制系统具有较大的实用意义和研究前景,这也是控制系统未来的发展趋势。本文在此背景下,对六自由度工业机器人的控制系统进行研究与探索,实现了机器人控制系统的基本功能,为后续可行性开放式控制系统的研究打下了基础。本文主要以GRB4016-03-23(Tamagawa)工业机器人为研究本体,基于CPAC(Computerized Programmable Automation Controller)平台,以OTOSTUDIO软件作为编程环境,对机器人的控制系统进行设计和实现。控制系统硬件整体上采用嵌入式架构,软件层代码的编写主要采用结构化和模块化的设计思想,根据任务优先级不同,将整个软件层分为人机界面层(UI)、任务规划层(TASK)和运动控制层(MOT)。其中人机界面层负责系统和操作人员的信息交互,方便用户对机器人本体进行直接操作,并对系统参数和状态进行管理。任务规划层负责任务的实时调度和规划。运动控制层负责软硬件数据的交互和任务的执行。然后基于机器人的运动学模型和轨迹规划算法对系统的核心模块进行开发,包括读绝对值编码器模块、运动学模块和轨迹规划器模块。最后是机器人具体功能模块的开发和代码实现,主要是机器人操作的一些基本功能,包括机器人的TASK任务管理、点动操作、状态管理、参数设置、单轴回零、坐标记录和示教运动等。同时,还对系统的UI界面进行了设计。论文在最后对机器人控制系统的部分功能进行了验证,包括机器人的运动学模块验证,点动操作,单轴回零,直线运动和圆弧运动。实验表明,机器人运行正常,本文设计的控制系统基本满足了预期的目标和要求。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2
【图文】：

多轴运动控制器,运动控制器

DETLTATAU 的 PMAC 系列运动控制器，英国 TRIO 的 MC 和 PCI 系列运动控制器，德国的 SIEMENS，西班牙的 FAGOR，日本的 FANUC、MITSUBISHI、NOVA 等。我国在运动控制器的研究上正处于快速发展阶段，现已有多家专门研制运动控制器的企业，比如固氋科技（深圳）有限公司，它是目前国内技术领先的自动控制产品供应商，目前有 GT 系列插卡式运动控制器，它是一款基于 PCI 总线的运动控制器，支持 2/4 轴运动控制，可用于控制步进电机和伺服系统。网络型运动控制器，它有 GSN、GEN、GHN 和 GTN 四个系列，有 glink-II、Ethercat 两种总线方式可供选择，是一款网络型、模块化的插卡式运动控制器。嵌入式多轴运动控制器，有 GUC、GUS、RC800 系列等，它是嵌入式计算机与运动控制器的无缝连接，既具备运动控制器快速、高精度的运动控制功能，又具备普通 PC 机的基本功能。拿云驱控一体机，它集工业机器人控制系统开发平台、运动控制器和六轴伺服驱动器于一体，体积小、功率密度高、集成度高，极大简化了客户的电气设计，提高了设备性能和可靠性。此外，还有深圳雷赛的 DMC 系列运动控制卡，SMC 系列运动控制器，深圳众为兴的 ADT 系列运动控制卡和 AMC 系列运动控制器，还有北京凯恩帝、华中数控和深圳雷赛等公司。

运动控制器,多轴

多轴运动控制器,嵌入式

1-3 GUC 系列嵌入式多轴运动控制器图 1-4 拿云(Marvie)六轴驱控一体统的运动控制器都存在着开放性差，接口定义不规范，功能集成能力不强性弱等缺点，不能满足用户对机器人控制系统的开放性要求，随着工业术的发展，传统的控制器已经无法满足当前机器人技术的发展，作为控核心，运动控制器的发展趋势主要有[8][9]：（1）开放的体系架构。（2的软件设计。（3）标准的功能接口。（4）采用现场总线技术（5）小络化和智能化。机器人控制系统的研究现状及发展趋势据系统的开放程度，可以将工业机器人控制系统分为三类[10]：一类，封闭式机器人控制系统，封闭式机器人控制系统的硬件结构和编多是厂家专门定制的，该系统运行于专用的操作系统及硬件平台，很难的软硬件兼容，导致系统的开放性不高，通用性不强。二类，混合式机器人控制系统，该控制系统的开放性处于封闭式和开放

【参考文献】