【摘要】：伴隨著工業(yè)4.0概念和中國制造2025計劃的出現(xiàn),預(yù)示著工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展將成為新一輪工業(yè)革命的主要力量。機(jī)器人控制技術(shù)也將成為工業(yè)設(shè)備和民用智能化的底層關(guān)鍵技術(shù)。由于我國機(jī)器人在缺少核心技術(shù)上的不足,與機(jī)器人技術(shù)發(fā)達(dá)的日、美、德等國家相比已顯落后,因此自主研發(fā)出高性能機(jī)器人控制器顯得十分緊迫。驅(qū)控一體的控制無論是在空間體積和生產(chǎn)成本都比目前現(xiàn)有控制產(chǎn)品更具優(yōu)勢,但是現(xiàn)有的驅(qū)控一體化技術(shù)由國外自動控制公司所研發(fā),且不對外開放,我國目前對于該方向的研究還處于初級階段。本文提出了一種驅(qū)控一體化的設(shè)想和一種將空間幾何法與向量法相結(jié)合的改進(jìn)型運(yùn)動學(xué)求解方法。將改進(jìn)型運(yùn)動學(xué)求解方法應(yīng)用于驅(qū)控一體化系統(tǒng)平臺后,在Delta機(jī)器人上驗證設(shè)想效果。首先,在傳統(tǒng)Delta機(jī)器人的建�；A(chǔ)上,提出一種基于空間幾何向量法的改進(jìn)型運(yùn)動學(xué)求解方法,簡化Delta機(jī)器人運(yùn)動學(xué)求解過程,提高CPU的效率;然后利用MATLAB驗證了改進(jìn)型Delta機(jī)器人運(yùn)動學(xué)解法的可行性,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的雅克比矩陣,為確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性對機(jī)器人的奇異位形進(jìn)行分析。其次,針對Delta機(jī)器人功能需求提出并設(shè)計驅(qū)控一體化控制器的硬件控制策略。提出了ARM+DSP+EtherNet硬件架構(gòu),按控制功能進(jìn)行模塊化設(shè)計,完成頂層控制與底層驅(qū)動的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計及驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)硬件平臺搭建,為Delta機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)控制奠定了硬件基礎(chǔ)。再次,在該一體化驅(qū)動控制硬件平臺上建立帶前饋的PID的伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制模型,并在該模型的基礎(chǔ)上對控制器所用到的F28M36和F2812控制芯片進(jìn)行軟件設(shè)計,保證機(jī)器人的運(yùn)動控制能夠滿足用戶需求,為一體化控制系統(tǒng)整體測試奠定基礎(chǔ)。最后,在該一體化驅(qū)控平臺上對Delta機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及動態(tài)測試。通過運(yùn)動學(xué)模型驗證實驗、多點連續(xù)運(yùn)動軌跡實驗、動態(tài)分揀實驗、蛙跳重復(fù)定位實驗等運(yùn)動實驗后收集實驗結(jié)果并記錄。通過實驗數(shù)據(jù)分析,論證了本文一體化驅(qū)動控制技術(shù)在Delta機(jī)器人上的應(yīng)用具有可行性和可靠性,同時證明了基于空間幾何向量法的改進(jìn)型運(yùn)動學(xué)求解方法的有效性。
【圖文】：

圖 1.1 Delta 機(jī)器人應(yīng)用于食品生產(chǎn)線 1.4 機(jī)器人控制器概述 目前我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)競爭力不強(qiáng)，主要就是因為包括控制器在內(nèi)的核心部件自主能力不足[17]。與國外相比，我國對運(yùn)動控制的研發(fā)與生產(chǎn)起步晚，性能低且差距大。但國外先進(jìn)運(yùn)動控制器價格昂貴，并且有相當(dāng)部分功能存在技術(shù)封鎖，為適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的需要，開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的高性能商用控制器成為當(dāng)務(wù)之急[18-19]。 機(jī)器人系統(tǒng)開放性、位置精度、軌跡精度等性能指標(biāo)與控制器密切相關(guān)[20]。針對工業(yè)機(jī)器人的控制經(jīng)歷了三個階段： 第一階段：集中式控制方式 早期的機(jī)器人多采用單 CPU(Central Processing Unit)集中式控制，即用一塊核心處理器實現(xiàn)全部運(yùn)動控制功能[21]。集中式機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，

圖 1.2 集中式機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 階段：主從式控制方式 控制方式即采用兩個處理器相互協(xié)同工作，，主控制和從控制器制系統(tǒng)的所有功能。主從式機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示，速處理優(yōu)勢的 CPU 處理器來實現(xiàn)機(jī)器人路徑規(guī)劃、軌跡規(guī)劃任務(wù)，人機(jī)交互等工作任務(wù)和高級管理功能。從控制器主要實控制和機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動，使用伺服控制芯片實現(xiàn)機(jī)器人的伺控。主從式控制方式的兩級處理器通過雙端口 RAM(Ramd者 IPC(Inter-Processor Communication)進(jìn)行內(nèi)部處理器間數(shù)布式控制則可行性較低，所以這種模式的控制器應(yīng)用局限性較
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(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：2585144