【摘要】：本課題結(jié)合實際需求,研發(fā)了一套燈光機器人系統(tǒng),對其機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件電路和各部分軟件程序,最后通過樣機測試,表明該燈光機器人控制系統(tǒng)功能正常,符合預(yù)期。具體為以下幾個方面:(1)結(jié)合燈光機器人的結(jié)構(gòu)特點,分析了其工作空間,采用DH建模法建立燈光機器人的正運動學(xué)模型。根據(jù)所建立的運動學(xué)模型得到燈光機器人末端位姿矩陣并進(jìn)行逆解運算。為編寫PMAC運動程序奠定了基礎(chǔ)。(2)參考國內(nèi)外該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,確定了以計算機+PMAC運動控制卡為核心的控制系統(tǒng)架構(gòu)方案。該種方案性能良好,是工業(yè)機器人開發(fā)領(lǐng)域的廣泛采用的方案之一[1]。通過對比分析PMAC各類產(chǎn)品的特點,選用TURBO PMAC2中的Clipper產(chǎn)品作為該系統(tǒng)的運動控制器,根據(jù)燈光機器人系統(tǒng)的負(fù)載情況,選擇了松下A5系列的伺服驅(qū)動器和伺服電機作為驅(qū)動部分。結(jié)合功能需求,設(shè)計了電氣控制柜和控制電路的電氣方案。(3)根據(jù)控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu),將軟件劃分為上位機界面軟件部分、PMAC運動程序部分和PMAC的PLC程序部分。上位機軟件負(fù)責(zé)用戶命令的輸入、參數(shù)設(shè)置及回零、限位等信號的監(jiān)視。PMAC運動程序包括單軸增量運動程序、多軸聯(lián)動程序、空間直線插補程序、空間圓弧插補程序、快速運動至某點程序和正逆運動學(xué)緩沖區(qū)程序等。PLC程序包括初始化程序、運動程序狀態(tài)監(jiān)視程序、運動學(xué)逆解狀態(tài)監(jiān)視程序、限位狀態(tài)監(jiān)視程序、伺服報警監(jiān)視程序等部分。三部分程序相互配合,共同完成控制任務(wù)。(4)按照設(shè)計好的方案實現(xiàn)燈光機器人樣機,對驅(qū)動軸的零點和終點進(jìn)行了標(biāo)定,以模塊化方式進(jìn)行調(diào)試,防止出現(xiàn)安全事故并且便于故障的定位和排除。根據(jù)各軸工作特點設(shè)置合適驅(qū)動器的參數(shù)并帶電機進(jìn)行JOG試運行。然后將上位機和PMAC卡的IP設(shè)置在同一局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)Ethernet通信,通信成功后即可使用PEWIN32PRO進(jìn)行其他功能的測試。最后逐個測試上位機界面軟件的限位回零監(jiān)視、空間運動、示教等功能模塊。
【圖文】：

圖 1-2 2005-2015 全球工業(yè)機器人銷量及我國占比Fig. 1-2 2005-2015 Sales of global industrial robots and the proportion of China然我國的機器人產(chǎn)業(yè)和技術(shù)有了長足的進(jìn)步，，但在機器人及其關(guān)鍵零配件產(chǎn)業(yè)工業(yè)發(fā)達(dá)國家仍存在差距和不足，高精度伺服電機、高端減速機和運動控制器依賴進(jìn)口，國產(chǎn)機器人技術(shù)創(chuàng)新不足，可靠性相對較差，許多高精端制造場合進(jìn)口機器人產(chǎn)品[19]。針對劣勢和不足，我國已將機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展列入十三五規(guī)發(fā)布了機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃[20]，配合著優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科技的不斷升級，我領(lǐng)域在未來的一段時間內(nèi)，將會有更迅猛的發(fā)展。著人工智能領(lǐng)域的發(fā)展和興起，人工智能科學(xué)和機器人技術(shù)的結(jié)合越來越緊密多數(shù)機器人的智能化仍然程度較低，僅能根據(jù)特定的程序和指令完成相應(yīng)任務(wù)特殊或者突變的情況無法進(jìn)行智能化處理，這些局限制約了機器人在更多領(lǐng)域用，根據(jù) IEEE 的定義，智能控制必須具有模擬人類學(xué)習(xí)(Learning)和自適tation)的能力，這也契合了機器人領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)，能根據(jù)環(huán)境的變化，做出相和應(yīng)對，面對非線性、快時變、多變量、強耦合等復(fù)雜系統(tǒng)時，具有效的全局和容錯能力，而不再是單一固定的數(shù)學(xué)模型和程序結(jié)構(gòu)[21]。更高級的機器人應(yīng)有分析理解數(shù)據(jù)，從外部現(xiàn)象中抽象出邏輯知識并進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用的功能。

圖 1-8 一種以計算機和運動控制卡為核心的控制系統(tǒng)原理圖Fig. 1-8 A schematic diagram of the control system with computer and motion control card as the core另一方面，控制系統(tǒng)是整個機器人的中樞核心，對機器人的運行性能影響重大，性能優(yōu)越的控制系統(tǒng)應(yīng)該具有響應(yīng)迅速，高可靠性，定位精準(zhǔn)等特點。機器人控制系統(tǒng)涉及機電設(shè)計、信號采集與處理、信號傳輸、伺服控制算法、軟件開發(fā)等多項技術(shù)，不同的機器人系統(tǒng)個性化程度很高[41]。本文研究的工控機+PMAC 的架構(gòu)模式是當(dāng)前較為主流的控制系統(tǒng)解決方案，在定制性和通用性之間取得了很好的平衡，同時具有良好的的可擴展性和可維護(hù)性，為實驗室后續(xù)的機器人控制系統(tǒng)研究提供了可參考的平臺和基礎(chǔ)。1.4 本文的主要研究內(nèi)容本文首先結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對機器人控制系統(tǒng)的發(fā)展及主要架構(gòu)形式進(jìn)行研究，確定本系統(tǒng)合適的架構(gòu)方案。然后根據(jù)燈光機器人的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析，研究以工控機和 PMAC 為核心的燈光機器人的控制系統(tǒng)，硬件方面包括硬件選型、硬件總體架構(gòu)設(shè)計、電氣控制柜主電路和芯片電路的設(shè)計。軟件方面包括上位機人機界面、PMAC中的運動程序和 PLC 程序的設(shè)計。最后，按照硬件、軟件的設(shè)計方案實現(xiàn)樣機并進(jìn)行調(diào)試，解決出現(xiàn)的問題并進(jìn)行優(yōu)化。主要包括以下幾個方面：
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2546556