本文關(guān)鍵詞：輕工包裝機器人專用運動控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著人力成本的不斷提高以及機器人技術(shù)的日趨成熟,勞動密集型的包裝行業(yè)尋求產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,輕工包裝機器人的應(yīng)用成為一個潮流。目前國內(nèi)主流的機器人運動控制系統(tǒng)主要依賴進口,或采用通用開放式運動控制器進行二次開發(fā),沒有專門針對輕工包裝行業(yè)機器人的控制系統(tǒng),因此本文以輕工包裝機器人專用運動控制系統(tǒng)為研究對象,分析機器人模型與關(guān)鍵技術(shù),并對控制器進行設(shè)計,將包裝工藝融入控制器,大大降低機器人的使用難度。首先分析常用輕工包裝機器人以及機器人運動控制系統(tǒng)的特點,結(jié)合輕工包裝機器人工藝需求,和機器人控制中的關(guān)鍵技術(shù),對輕工包裝機器人運動控制系統(tǒng)進行了總體方案設(shè)計,提出了ARM與專用運動控制芯片結(jié)合的主從控制架構(gòu)的硬件方案,在此基礎(chǔ)上選用μC/OS-II實時操作系統(tǒng)進行程序設(shè)計。其次在綜合比較常用的輕工包裝機器人的基礎(chǔ)上,提出了一種新型輕工包裝機器人,并以此為例,進行分析與建模,給出了輕工包裝機器人運動控制的分析過程。首先利用CAD對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,在此基礎(chǔ)上通過D-H法建立機器人桿件模型,利用齊次變換公式推導機器人的運動學方程,并對機器人工作空間進行分析。利用Matlab Robotics Toolbox對所設(shè)計機器人仿真與驗證,并給出機器人工作空間的三維圖。機器人位置控制、速度控制與軌跡規(guī)劃是機器人運動控制的核心技術(shù)。分析了機器人伺服位置控制。另外在分析傳統(tǒng)的S曲線速度規(guī)劃控制方法的基礎(chǔ)上,采用了基于三角函數(shù)的改進型S曲線速度規(guī)劃算法,并驗證了速度規(guī)劃算法的有效性與合理性。機器人的軌跡規(guī)劃是機器人控制的重中之重,重點分析了多軸控制的直線插補、圓弧插補和基于關(guān)節(jié)控制滿足機器人柔性需求的三次樣條插補算法,并給出了仿真結(jié)果。根據(jù)輕工包裝機器人運動控制系統(tǒng)的特點,給出了輕工包裝機器人專用運動控制器的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。硬件設(shè)計以STM32F407ZGT6與PCL6045BL為控制核心,設(shè)計了機器人控制系統(tǒng)。硬件電路設(shè)計主要包括核心板設(shè)計、電源模塊設(shè)計、通信模塊設(shè)計、運動控制模塊設(shè)計,以及外設(shè)接口設(shè)計,包括伺服接口,手輪接口等。軟件部分給出了μC/OS-II操作系統(tǒng)的移植過程,并給出了主程序、機器人運動控制程序、示教程序的流程圖。最后進行了實驗平臺的搭建和具體實驗,給出了實驗結(jié)果,并分析了系統(tǒng)設(shè)計中存在的不足,并提出了下一步的工作目標。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB486;TP242

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本文編號：1162888