具有EtherCAT接口的灵巧手实时控制器设计

发布时间：2021-04-23 00:27

　　HIT/DLR Ⅱ灵巧手是机器人宇航员的末端执行器,可以替代宇航员在非结构化环境中执行任务。现有的HIT/DLR Ⅱ采用层次化的硬件结构,主控制器位于PCI板卡上,整个灵巧手系统比较庞大,控制器未能集成到灵巧手的机械结构中。本项目在现有的HIT/DLR Ⅱ平台下,进一步简化灵巧手硬件结构,将实时控制器集成到手掌上。在此基础上设计了新的主机通讯接口,使用了Ether CAT协议,极大的提高了灵巧手的平台移植性。首先设计了基于手掌的控制平台硬件结构。之前手掌电路板的FPGA无法满足控制需求,新的手掌控制平台采用了Cyclone V So C FPGA。并以So C FPGA为核心设计了电路板的DDR3内存模块、Ether CAT通讯模块以及电源系统。另外,手掌电路板还保留了手指通讯的LVDS电路。设计了So C FPGA内部电路,包括HPS以及PPSe Co通讯模块。完成了手掌PCB的布局布线,并验证了DDR3模块的信号完整性。然后完成了基于手掌控制平台的软件设计。分析了LAN9252从站专用芯片的硬件组成以及从站代码的程序结构。设计了Ether CAT通讯的对象字典,并用SSC工具生成了... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国际灵巧手研究综述
        1.2.1 Schunk五指灵巧手
        1.2.2 Robonaut2灵巧手
        1.2.3 Shadow灵巧手
        1.2.4 HIT/DLR II灵巧手
        1.2.5 灵巧手综述简析
    1.3 柔顺控制器综述
        1.3.1 阻抗控制器
        1.3.2 变参考位置柔顺控制器
        1.3.3 变阻抗柔顺控制
    1.4 本课题主要研究内容
第2章 基于手掌的控制平台硬件设计
    2.1 引言
    2.2 硬件电路设计
        2.2.1 SoC FPGA引导启动
        2.2.2 ESC电路设计
        2.2.3 电源系统设计
    2.3 FPGA内部电路设计
    2.4 PCB布局布线
        2.4.1 PCB布局设计
        2.4.2 PCB布线
        2.4.3 DDR3布线仿真
    2.5 本章小结
第3章 基于手掌的实时控制器软件设计
    3.1 引言
    3.2 EtherCAT从站程序设计
        3.2.1 EtherCAT从站控制器
        3.2.2 EtherCAT从站代码
        3.2.3 从站代码生成
    3.3 实时控制器设计
        3.3.1 SOC EDS套件
        3.3.2 实时控制程序设计
    3.4 控制平台通讯实验
        3.4.1 实验平台搭建
        3.4.2 EtherCAT主站通讯实验
        3.4.3 PPSeCo手指通讯实验
    3.5 本章小结
第4章 自适应力控制器设计
    4.1 引言
    4.2 灵巧手阻抗控制器设计
        4.2.1 HIT/DLR II手单指运动学和动力学研究
        4.2.2 阻抗控制器设计
    4.3 灵巧手单指变刚度力控制器设计
    4.4 本章小结
第5章 变刚度力控制器的MATLAB仿真
    5.1 引言
    5.2 MATLAB仿真系统搭建
    5.3 变刚度柔顺控制器仿真
        5.3.1 位置内环仿真
        5.3.2 阻抗控制器仿真
        5.3.3 变刚度力控制器仿真
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3154727