【摘要】：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)綜合了機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展成果,代表著自動(dòng)化領(lǐng)域的最高成就。作為機(jī)器人控制技術(shù)的核心,機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與開發(fā),一直備受國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界和科研院所的關(guān)注。傳統(tǒng)的商用機(jī)器人大多采用封閉式的架構(gòu),系統(tǒng)的兼容性差,開放程度低,用戶難以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整以滿足自身需求,限制了系統(tǒng)的可重構(gòu)性。因此,開發(fā)具有一定開放程度的機(jī)器人控制系統(tǒng)具有較大的實(shí)用意義和研究前景,這也是控制系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。本文在此背景下,對(duì)六自由度工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究與探索,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本功能,為后續(xù)可行性開放式控制系統(tǒng)的研究打下了基礎(chǔ)。本文主要以GRB4016-03-23(Tamagawa)工業(yè)機(jī)器人為研究本體,基于CPAC(Computerized Programmable Automation Controller)平臺(tái),以O(shè)TOSTUDIO軟件作為編程環(huán)境,對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)硬件整體上采用嵌入式架構(gòu),軟件層代碼的編寫主要采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)思想,根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)不同,將整個(gè)軟件層分為人機(jī)界面層(UI)、任務(wù)規(guī)劃層(TASK)和運(yùn)動(dòng)控制層(MOT)。其中人機(jī)界面層負(fù)責(zé)系統(tǒng)和操作人員的信息交互,方便用戶對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行直接操作,并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行管理。任務(wù)規(guī)劃層負(fù)責(zé)任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度和規(guī)劃。運(yùn)動(dòng)控制層負(fù)責(zé)軟硬件數(shù)據(jù)的交互和任務(wù)的執(zhí)行。然后基于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和軌跡規(guī)劃算法對(duì)系統(tǒng)的核心模塊進(jìn)行開發(fā),包括讀絕對(duì)值編碼器模塊、運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊和軌跡規(guī)劃器模塊。最后是機(jī)器人具體功能模塊的開發(fā)和代碼實(shí)現(xiàn),主要是機(jī)器人操作的一些基本功能,包括機(jī)器人的TASK任務(wù)管理、點(diǎn)動(dòng)操作、狀態(tài)管理、參數(shù)設(shè)置、單軸回零、坐標(biāo)記錄和示教運(yùn)動(dòng)等。同時(shí),還對(duì)系統(tǒng)的UI界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。論文在最后對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行了驗(yàn)證,包括機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊驗(yàn)證,點(diǎn)動(dòng)操作,單軸回零,直線運(yùn)動(dòng)和圓弧運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明,機(jī)器人運(yùn)行正常,本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)基本滿足了預(yù)期的目標(biāo)和要求。
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242.2
【圖文】：

DETLTATAU 的 PMAC 系列運(yùn)動(dòng)控制器，英國 TRIO 的 MC 和 PCI 系列運(yùn)動(dòng)控制器，德國的 SIEMENS，西班牙的 FAGOR，日本的 FANUC、MITSUBISHI、NOVA 等。我國在運(yùn)動(dòng)控制器的研究上正處于快速發(fā)展階段，現(xiàn)已有多家專門研制運(yùn)動(dòng)控制器的企業(yè)，比如固氋科技（深圳）有限公司，它是目前國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的自動(dòng)控制產(chǎn)品供應(yīng)商，目前有 GT 系列插卡式運(yùn)動(dòng)控制器，它是一款基于 PCI 總線的運(yùn)動(dòng)控制器，支持 2/4 軸運(yùn)動(dòng)控制，可用于控制步進(jìn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)型運(yùn)動(dòng)控制器，它有 GSN、GEN、GHN 和 GTN 四個(gè)系列，有 glink-II、Ethercat 兩種總線方式可供選擇，是一款網(wǎng)絡(luò)型、模塊化的插卡式運(yùn)動(dòng)控制器。嵌入式多軸運(yùn)動(dòng)控制器，有 GUC、GUS、RC800 系列等，它是嵌入式計(jì)算機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器的無縫連接，既具備運(yùn)動(dòng)控制器快速、高精度的運(yùn)動(dòng)控制功能，又具備普通 PC 機(jī)的基本功能。拿云驅(qū)控一體機(jī)，它集工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制器和六軸伺服驅(qū)動(dòng)器于一體，體積小、功率密度高、集成度高，極大簡化了客戶的電氣設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備性能和可靠性。此外，還有深圳雷賽的 DMC 系列運(yùn)動(dòng)控制卡，SMC 系列運(yùn)動(dòng)控制器，深圳眾為興的 ADT 系列運(yùn)動(dòng)控制卡和 AMC 系列運(yùn)動(dòng)控制器，還有北京凱恩帝、華中數(shù)控和深圳雷賽等公司。

DETLTATAU 的 PMAC 系列運(yùn)動(dòng)控制器，英國 TRIO 的 MC 和 PCI 系列運(yùn)動(dòng)控制器，德國的 SIEMENS，西班牙的 FAGOR，日本的 FANUC、MITSUBISHI、NOVA 等。我國在運(yùn)動(dòng)控制器的研究上正處于快速發(fā)展階段，現(xiàn)已有多家專門研制運(yùn)動(dòng)控制器的企業(yè)，比如固氋科技（深圳）有限公司，它是目前國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的自動(dòng)控制產(chǎn)品供應(yīng)商，目前有 GT 系列插卡式運(yùn)動(dòng)控制器，它是一款基于 PCI 總線的運(yùn)動(dòng)控制器，支持 2/4 軸運(yùn)動(dòng)控制，可用于控制步進(jìn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)型運(yùn)動(dòng)控制器，它有 GSN、GEN、GHN 和 GTN 四個(gè)系列，有 glink-II、Ethercat 兩種總線方式可供選擇，是一款網(wǎng)絡(luò)型、模塊化的插卡式運(yùn)動(dòng)控制器。嵌入式多軸運(yùn)動(dòng)控制器，有 GUC、GUS、RC800 系列等，它是嵌入式計(jì)算機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器的無縫連接，既具備運(yùn)動(dòng)控制器快速、高精度的運(yùn)動(dòng)控制功能，又具備普通 PC 機(jī)的基本功能。拿云驅(qū)控一體機(jī)，它集工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制器和六軸伺服驅(qū)動(dòng)器于一體，體積小、功率密度高、集成度高，極大簡化了客戶的電氣設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備性能和可靠性。此外，還有深圳雷賽的 DMC 系列運(yùn)動(dòng)控制卡，SMC 系列運(yùn)動(dòng)控制器，深圳眾為興的 ADT 系列運(yùn)動(dòng)控制卡和 AMC 系列運(yùn)動(dòng)控制器，還有北京凱恩帝、華中數(shù)控和深圳雷賽等公司。

1-3 GUC 系列嵌入式多軸運(yùn)動(dòng)控制器 圖 1-4 拿云(Marvie)六軸驅(qū)控一體統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器都存在著開放性差，接口定義不規(guī)范，功能集成能力不強(qiáng)性弱等缺點(diǎn)，不能滿足用戶對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開放性要求，隨著工業(yè)術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制器已經(jīng)無法滿足當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，作為控核心，運(yùn)動(dòng)控制器的發(fā)展趨勢(shì)主要有[8][9]：（1）開放的體系架構(gòu)。（2的軟件設(shè)計(jì)。（3）標(biāo)準(zhǔn)的功能接口。（4）采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（5）小絡(luò)化和智能化。機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)據(jù)系統(tǒng)的開放程度，可以將工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分為三類[10]：一類，封閉式機(jī)器人控制系統(tǒng)，封閉式機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和編多是廠家專門定制的，該系統(tǒng)運(yùn)行于專用的操作系統(tǒng)及硬件平臺(tái)，很難的軟硬件兼容，導(dǎo)致系統(tǒng)的開放性不高，通用性不強(qiáng)。二類，混合式機(jī)器人控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的開放性處于封閉式和開放

【參考文獻(xiàn)】

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1 米月琴;栗俊艷;王興華;;基于小負(fù)載串聯(lián)關(guān)節(jié)型垂直六軸機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J];航天制造技術(shù);2015年04期

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本文編號(hào)：2795809