本文關(guān)鍵詞：基于STM32F4的碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器研究

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【摘要】：在自動(dòng)化生產(chǎn)水平不斷提高的今天,碼垛機(jī)器人在提高生產(chǎn)效率和減少人力成本上的作用日益凸顯。國(guó)內(nèi)對(duì)碼垛機(jī)器人的研究取得了許多成果,但在運(yùn)動(dòng)控制器的研究上與國(guó)外仍然存在較大差距。運(yùn)動(dòng)控制器過(guò)高的研發(fā)成本使得許多機(jī)器人公司一直采用國(guó)外品牌的運(yùn)動(dòng)控制器,這限制了國(guó)內(nèi)機(jī)器人系統(tǒng)成本的降低和核心技術(shù)的掌握。針對(duì)這一現(xiàn)狀,需要對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器軟硬件架構(gòu)進(jìn)行研究,在保證對(duì)碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的同時(shí)研究降低運(yùn)動(dòng)控制器的研發(fā)、使用和升級(jí)成本以及開(kāi)發(fā)難度的解決方案,給國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)展提供新的可行的方向。本論文面向碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制需求,研究運(yùn)動(dòng)控制器軟硬件架構(gòu),在保證達(dá)到控制要求的情況下研究如何降低研發(fā)和制造成本,設(shè)計(jì)低成本的運(yùn)動(dòng)控制器。首先,研究運(yùn)動(dòng)控制器硬件架構(gòu),提出以STM32F4微控制器為核心的控制電路板方案,并采用模塊化方法進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)充分考慮工業(yè)應(yīng)用要求,選用工業(yè)級(jí)的芯片,并對(duì)輸入輸出接口進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)。相比于目前商用運(yùn)動(dòng)控制器精簡(jiǎn)了電路,有效降低了電路板設(shè)計(jì)和制造成本。針對(duì)STM32F4微控制器特性進(jìn)行機(jī)器人開(kāi)放式軟件系統(tǒng)研究,使用μC/OS-III嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制器軟件系統(tǒng)搭建,保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)并行處理能力,使用通用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件系統(tǒng)各層次的代碼編寫(xiě),降低了研發(fā)難度和成本。同時(shí)設(shè)計(jì)基于WPF框架的人機(jī)界面程序,可通過(guò)上位機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器下發(fā)指令和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。針對(duì)碼垛機(jī)器人點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)要求,實(shí)現(xiàn)適用于微控制器實(shí)時(shí)運(yùn)算的軌跡規(guī)劃及閉環(huán)控制算法,并對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果證明開(kāi)發(fā)的低成本運(yùn)動(dòng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)碼垛機(jī)器人運(yùn)行的控制,碼垛機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)并具有很高的重復(fù)定位精度。本文的研究為國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器的發(fā)展提供了一個(gè)可行的思路和方案。
【關(guān)鍵詞】：碼垛機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)控制器 微控制器 實(shí)時(shí)系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外碼垛機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國(guó)外碼垛機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 國(guó)外運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)展現(xiàn)狀16
• 1.4 研究背景及意義16-17
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排17-19
• 第二章 運(yùn)動(dòng)控制器硬件系統(tǒng)研究19-46
• 2.1 引言19
• 2.2 運(yùn)動(dòng)控制器硬件架構(gòu)分析19-21
• 2.3 運(yùn)動(dòng)控制器處理器選擇21-24
• 2.4 運(yùn)動(dòng)控制器各硬件模塊設(shè)計(jì)24-39
• 2.4.1 核心模塊24-25
• 2.4.2 數(shù)字輸入和數(shù)字輸出模塊25-28
• 2.4.3 模擬量輸出模塊28-31
• 2.4.4 編碼器信號(hào)接收模塊31-34
• 2.4.5 通信模塊34-36
• 2.4.6 電源模塊36-39
• 2.5 運(yùn)動(dòng)控制器印制電路板設(shè)計(jì)39-41
• 2.6 硬件系統(tǒng)功能驗(yàn)證41-45
• 2.6.1 四路模擬量輸出42-44
• 2.6.2 編碼器信號(hào)接收44-45
• 2.6.3 數(shù)字輸入信號(hào)接收45
• 2.7 本章小結(jié)45-46
• 第三章 運(yùn)動(dòng)控制器軟件系統(tǒng)研究46-66
• 3.1 引言46
• 3.2 機(jī)器人軟件系統(tǒng)架構(gòu)研究46-48
• 3.2.1 驅(qū)動(dòng)層47-48
• 3.2.2 運(yùn)動(dòng)控制層48
• 3.2.3 任務(wù)管理層48
• 3.2.4 用戶界面層48
• 3.3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)選擇與移植48-60
• 3.3.1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的選擇49-51
• 3.3.2 μC/OS-III在STM32F4上的移植51-60
• 3.4 控制器軟件設(shè)計(jì)60-63
• 3.5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)63
• 3.6 軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)性驗(yàn)證63-65
• 3.7 本章小結(jié)65-66
• 第四章 運(yùn)動(dòng)控制算法研究與實(shí)現(xiàn)66-76
• 4.1 引言66
• 4.2 軌跡規(guī)劃算法66-72
• 4.3 閉環(huán)控制算法72-75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 第五章 運(yùn)動(dòng)控制器功能試驗(yàn)與分析76-89
• 5.1 引言76
• 5.2 碼垛機(jī)器人系統(tǒng)76-83
• 5.2.1 碼垛機(jī)器人及正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析76-82
• 5.2.2 碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)82-83
• 5.3 機(jī)器人手動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)及分析83-84
• 5.4 機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)及分析84-88
• 5.4.1 機(jī)器人零點(diǎn)復(fù)位試驗(yàn)84-86
• 5.4.2 點(diǎn)到點(diǎn)自動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)86-88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 第六章 總結(jié)和展望89-91
• 6.1 總結(jié)89-90
• 6.2 展望90
• 6.3 本章小結(jié)90-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 致謝95-96
• 攻讀學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果96

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 范永,譚民;機(jī)器人控制器的現(xiàn)狀及展望[J];機(jī)器人;1999年01期

2 劉淼;王田苗;魏洪興;陳友東;;基于uCOS-II的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析[J];計(jì)算機(jī)工程;2006年22期

3 畢勝;;國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J];機(jī)械工程師;2008年07期

4 陳曦;余超;彭鑫;歐陽(yáng)竟成;榮軍;李茜銘;;基于DSP的四軸臺(tái)式工業(yè)機(jī)器人控制器的研究與設(shè)計(jì)[J];湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年03期

5 鐘亦;;中國(guó)成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)[J];現(xiàn)代焊接;2014年09期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 武傳宇;基于PC+DSP模式的開(kāi)放式機(jī)器人控制系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2002年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 戴志誠(chéng);工業(yè)控制中嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2004年

2 毛春利;基于DSP和FPGA的四關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人控制器的研制[D];中南大學(xué);2005年

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本文編號(hào)：1129325