發(fā)布時間：2017-11-02 01:12

  本文關(guān)鍵詞：基于STM32F4的碼垛機器人運動控制器研究

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【摘要】：在自動化生產(chǎn)水平不斷提高的今天,碼垛機器人在提高生產(chǎn)效率和減少人力成本上的作用日益凸顯。國內(nèi)對碼垛機器人的研究取得了許多成果,但在運動控制器的研究上與國外仍然存在較大差距。運動控制器過高的研發(fā)成本使得許多機器人公司一直采用國外品牌的運動控制器,這限制了國內(nèi)機器人系統(tǒng)成本的降低和核心技術(shù)的掌握。針對這一現(xiàn)狀,需要對運動控制器軟硬件架構(gòu)進(jìn)行研究,在保證對碼垛機器人運動控制的同時研究降低運動控制器的研發(fā)、使用和升級成本以及開發(fā)難度的解決方案,給國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)運動控制器發(fā)展提供新的可行的方向。本論文面向碼垛機器人的運動控制需求,研究運動控制器軟硬件架構(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)計低成本的運動控制器。首先,研究運動控制器硬件架構(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,同時充分考慮工業(yè)應(yīng)用要求,選用工業(yè)級的芯片,并對輸入輸出接口進(jìn)行隔離設(shè)計。相比于目前商用運動控制器精簡了電路,有效降低了電路板設(shè)計和制造成本。針對STM32F4微控制器特性進(jìn)行機器人開放式軟件系統(tǒng)研究,使用μC/OS-III嵌入式實時操作系統(tǒng)進(jìn)行運動控制器軟件系統(tǒng)搭建,保證系統(tǒng)的實時性和多任務(wù)并行處理能力,使用通用C語言進(jìn)行軟件系統(tǒng)各層次的代碼編寫,降低了研發(fā)難度和成本。同時設(shè)計基于WPF框架的人機界面程序,可通過上位機向運動控制器下發(fā)指令和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。針對碼垛機器人點到點運動要求,實現(xiàn)適用于微控制器實時運算的軌跡規(guī)劃及閉環(huán)控制算法,并對運動控制器進(jìn)行試驗。結(jié)果證明開發(fā)的低成本運動控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對碼垛機器人運行的控制,碼垛機器人在運動過程中運行平穩(wěn)并具有很高的重復(fù)定位精度。本文的研究為國內(nèi)碼垛機器人運動控制器的發(fā)展提供了一個可行的思路和方案。
【關(guān)鍵詞】：碼垛機器人 運動控制器 微控制器 實時系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 國內(nèi)外碼垛機器人發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外碼垛機器人發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)碼垛機器人發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 國內(nèi)外運動控制器發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 國外運動控制器發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國內(nèi)運動控制器發(fā)展現(xiàn)狀16
• 1.4 研究背景及意義16-17
• 1.5 本文研究內(nèi)容及章節(jié)安排17-19
• 第二章 運動控制器硬件系統(tǒng)研究19-46
• 2.1 引言19
• 2.2 運動控制器硬件架構(gòu)分析19-21
• 2.3 運動控制器處理器選擇21-24
• 2.4 運動控制器各硬件模塊設(shè)計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 運動控制器印制電路板設(shè)計39-41
• 2.6 硬件系統(tǒng)功能驗證41-45
• 2.6.1 四路模擬量輸出42-44
• 2.6.2 編碼器信號接收44-45
• 2.6.3 數(shù)字輸入信號接收45
• 2.7 本章小結(jié)45-46
• 第三章 運動控制器軟件系統(tǒng)研究46-66
• 3.1 引言46
• 3.2 機器人軟件系統(tǒng)架構(gòu)研究46-48
• 3.2.1 驅(qū)動層47-48
• 3.2.2 運動控制層48
• 3.2.3 任務(wù)管理層48
• 3.2.4 用戶界面層48
• 3.3 實時操作系統(tǒng)選擇與移植48-60
• 3.3.1 實時操作系統(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60-63
• 3.5 人機界面設(shè)計63
• 3.6 軟件系統(tǒng)實時性驗證63-65
• 3.7 本章小結(jié)65-66
• 第四章 運動控制算法研究與實現(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 運動控制器功能試驗與分析76-89
• 5.1 引言76
• 5.2 碼垛機器人系統(tǒng)76-83
• 5.2.1 碼垛機器人及正逆運動學(xué)分析76-82
• 5.2.2 碼垛機器人控制系統(tǒng)82-83
• 5.3 機器人手動運行試驗及分析83-84
• 5.4 機器人自動運行試驗及分析84-88
• 5.4.1 機器人零點復(fù)位試驗84-86
• 5.4.2 點到點自動運行試驗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)】

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

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本文編號：1129325