基于EtherCAT总线的高集成度关节控制器研究
发布时间：2021-10-11 00:42
轻型机械臂是专门为高机动性和与未知环境交互、人类交互的应用场景所设计的,在服务机器人、柔性生产线以及类人型移动平台等领域有着广阔的应用与发展前景。相比于传统工业机器人,轻型机械臂的设计面向高度灵活性和机动性需求,因此轻型机械臂结构更为紧凑,具有较高的负重/自重比、质量轻、低功耗等特点。轻型机械臂的特点要求其关节控制器在满足高集成度、高效率的同时还需拥有更加强大的计算能力以胜任复杂的控制算法。轻型机械臂工作环境通常是未知的,有时还需要完成与人的交互,这意味着更为复杂的控制策略,为保证系统的控制性能,往往要求系统能够实现更短的控制周期,这对机械臂控制系统的通信带宽、实时性和可靠性提出了极高的要求。因此,高集成度关节控制器对轻型机械臂的设计有着重要意义。针对轻型机械臂特点,本文设计开发基于Ether CAT总线的高集成关节控制器。该关节控制器以FPGA为核心逻辑控制器件,基于SOPC技术,在FPGA上嵌入NIOS II软核处理器,采用硬件的形式实现传感器信息采集和处理以及PMSM矢量控制等高实时性任务;对于Ether CAT从站代码,则采用软件的形式运行在软核处理器上。保证集成度的同时,实现...
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KUKALBRiiwa和KUKASunriseCabinet控制器UR机器人是由丹麦的UniversalRobots公司开发的六关节串联台式机器人，该系列包含多个机械臂型号，以UR10为代表，如图1-3所示，末端关节可无限
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4旋转，其余关节可360度旋转。其优点主要体现在编程简单、安装方便、部署灵活、与人安全合作、投资回报期短等五个方面，已被广泛应用于工业生产中。UR10包含六个自由度机械臂，其负载重量为10kg，自重为28.9kg，工作半径可达1300mm。图1-3UR机器人及其控制柜与DLRLWRIII类似，为了保证高集成度，UR机械臂的关节集成PMSM伺服驱动器如图1-4(a)所示，关节伺服电机将定子外壳与机械臂本体结合如图1-4(b)所示，中空电机轴带动谐波减速器实现关节驱动。无刷电机及其伺服驱动器均和谐波减速器均采用中空设计，实现机械臂的内走线，保证了美观度的同时，也能提升线缆的寿命以及机械臂的可靠性，便于机械臂的密封性设计，达到防尘和一定的防水能力。(a)伺服驱动器(b)关节电机与机械臂本体结合图1-4UR机械臂关节结构
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4旋转，其余关节可360度旋转。其优点主要体现在编程简单、安装方便、部署灵活、与人安全合作、投资回报期短等五个方面，已被广泛应用于工业生产中。UR10包含六个自由度机械臂，其负载重量为10kg，自重为28.9kg，工作半径可达1300mm。图1-3UR机器人及其控制柜与DLRLWRIII类似，为了保证高集成度，UR机械臂的关节集成PMSM伺服驱动器如图1-4(a)所示，关节伺服电机将定子外壳与机械臂本体结合如图1-4(b)所示，中空电机轴带动谐波减速器实现关节驱动。无刷电机及其伺服驱动器均和谐波减速器均采用中空设计，实现机械臂的内走线，保证了美观度的同时，也能提升线缆的寿命以及机械臂的可靠性，便于机械臂的密封性设计，达到防尘和一定的防水能力。(a)伺服驱动器(b)关节电机与机械臂本体结合图1-4UR机械臂关节结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]绝对式磁编码器设计及其在伺服系统的应用[J]. 袁野. 传感技术学报. 2019(04)
[2]一种协作型机器人运动性能分析与仿真[J]. 胡明伟,王洪光,潘新安,田勇,常勇. 智能系统学报. 2017(01)
[3]一种新型大中心孔绝对式磁编码器[J]. 邹添,倪风雷,李斐然,刘宏,朱映远. 仪器仪表学报. 2016(07)
[4]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[5]磁传感器技术的应用与发展[J]. 胡佳飞,李裴森,于洋,田武刚,陈棣湘,潘孟春. 国防科技. 2015(04)
[6]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)
[7]具有谐波减速器的柔性关节参数辨识[J]. 张奇,刘振,谢宗武,杨海涛,刘宏,蔡鹤皋. 机器人. 2014(02)
[8]七自由度冗余机械臂避障控制[J]. 姜力,周扬,孙奎,刘宏. 光学精密工程. 2013(07)
[9]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[10]移动机器人技术研究现状与未来[J]. 曹凯. 信息系统工程. 2013(05)
硕士论文
[1]交流永磁同步伺服系统电流环带宽拓展技术研究[D]. 牛里.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3429460
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KUKALBRiiwa和KUKASunriseCabinet控制器UR机器人是由丹麦的UniversalRobots公司开发的六关节串联台式机器人，该系列包含多个机械臂型号，以UR10为代表，如图1-3所示，末端关节可无限
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4旋转，其余关节可360度旋转。其优点主要体现在编程简单、安装方便、部署灵活、与人安全合作、投资回报期短等五个方面，已被广泛应用于工业生产中。UR10包含六个自由度机械臂，其负载重量为10kg，自重为28.9kg，工作半径可达1300mm。图1-3UR机器人及其控制柜与DLRLWRIII类似，为了保证高集成度，UR机械臂的关节集成PMSM伺服驱动器如图1-4(a)所示，关节伺服电机将定子外壳与机械臂本体结合如图1-4(b)所示，中空电机轴带动谐波减速器实现关节驱动。无刷电机及其伺服驱动器均和谐波减速器均采用中空设计，实现机械臂的内走线，保证了美观度的同时，也能提升线缆的寿命以及机械臂的可靠性，便于机械臂的密封性设计，达到防尘和一定的防水能力。(a)伺服驱动器(b)关节电机与机械臂本体结合图1-4UR机械臂关节结构
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4旋转，其余关节可360度旋转。其优点主要体现在编程简单、安装方便、部署灵活、与人安全合作、投资回报期短等五个方面，已被广泛应用于工业生产中。UR10包含六个自由度机械臂，其负载重量为10kg，自重为28.9kg，工作半径可达1300mm。图1-3UR机器人及其控制柜与DLRLWRIII类似，为了保证高集成度，UR机械臂的关节集成PMSM伺服驱动器如图1-4(a)所示，关节伺服电机将定子外壳与机械臂本体结合如图1-4(b)所示，中空电机轴带动谐波减速器实现关节驱动。无刷电机及其伺服驱动器均和谐波减速器均采用中空设计，实现机械臂的内走线，保证了美观度的同时，也能提升线缆的寿命以及机械臂的可靠性，便于机械臂的密封性设计，达到防尘和一定的防水能力。(a)伺服驱动器(b)关节电机与机械臂本体结合图1-4UR机械臂关节结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]绝对式磁编码器设计及其在伺服系统的应用[J]. 袁野. 传感技术学报. 2019(04)
[2]一种协作型机器人运动性能分析与仿真[J]. 胡明伟,王洪光,潘新安,田勇,常勇. 智能系统学报. 2017(01)
[3]一种新型大中心孔绝对式磁编码器[J]. 邹添,倪风雷,李斐然,刘宏,朱映远. 仪器仪表学报. 2016(07)
[4]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[5]磁传感器技术的应用与发展[J]. 胡佳飞,李裴森,于洋,田武刚,陈棣湘,潘孟春. 国防科技. 2015(04)
[6]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)
[7]具有谐波减速器的柔性关节参数辨识[J]. 张奇,刘振,谢宗武,杨海涛,刘宏,蔡鹤皋. 机器人. 2014(02)
[8]七自由度冗余机械臂避障控制[J]. 姜力,周扬,孙奎,刘宏. 光学精密工程. 2013(07)
[9]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[10]移动机器人技术研究现状与未来[J]. 曹凯. 信息系统工程. 2013(05)
硕士论文
[1]交流永磁同步伺服系统电流环带宽拓展技术研究[D]. 牛里.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3429460
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3429460.html
