輕型機械臂是專門為高機動性和與未知環(huán)境交互、人類交互的應(yīng)用場景所設(shè)計的,在服務(wù)機器人、柔性生產(chǎn)線以及類人型移動平臺等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景。相比于傳統(tǒng)工業(yè)機器人,輕型機械臂的設(shè)計面向高度靈活性和機動性需求,因此輕型機械臂結(jié)構(gòu)更為緊湊,具有較高的負重/自重比、質(zhì)量輕、低功耗等特點。輕型機械臂的特點要求其關(guān)節(jié)控制器在滿足高集成度、高效率的同時還需擁有更加強大的計算能力以勝任復雜的控制算法。輕型機械臂工作環(huán)境通常是未知的,有時還需要完成與人的交互,這意味著更為復雜的控制策略,為保證系統(tǒng)的控制性能,往往要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更短的控制周期,這對機械臂控制系統(tǒng)的通信帶寬、實時性和可靠性提出了極高的要求。因此,高集成度關(guān)節(jié)控制器對輕型機械臂的設(shè)計有著重要意義。針對輕型機械臂特點,本文設(shè)計開發(fā)基于Ether CAT總線的高集成關(guān)節(jié)控制器。該關(guān)節(jié)控制器以FPGA為核心邏輯控制器件,基于SOPC技術(shù),在FPGA上嵌入NIOS II軟核處理器,采用硬件的形式實現(xiàn)傳感器信息采集和處理以及PMSM矢量控制等高實時性任務(wù);對于Ether CAT從站代碼,則采用軟件的形式運行在軟核處理器上。保證集成度的同時,實現(xiàn)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

KUKALBRiiwa和KUKASunriseCabinet控制器UR機器人是由丹麥的UniversalRobots公司開發(fā)的六關(guān)節(jié)串聯(lián)臺式機器人，該系列包含多個機械臂型號，以UR10為代表，如圖1-3所示，末端關(guān)節(jié)可無限

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文4旋轉(zhuǎn)，其余關(guān)節(jié)可360度旋轉(zhuǎn)。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在編程簡單、安裝方便、部署靈活、與人安全合作、投資回報期短等五個方面，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。UR10包含六個自由度機械臂，其負載重量為10kg，自重為28.9kg，工作半徑可達1300mm。圖1-3UR機器人及其控制柜與DLRLWRIII類似，為了保證高集成度，UR機械臂的關(guān)節(jié)集成PMSM伺服驅(qū)動器如圖1-4(a)所示，關(guān)節(jié)伺服電機將定子外殼與機械臂本體結(jié)合如圖1-4(b)所示，中空電機軸帶動諧波減速器實現(xiàn)關(guān)節(jié)驅(qū)動。無刷電機及其伺服驅(qū)動器均和諧波減速器均采用中空設(shè)計，實現(xiàn)機械臂的內(nèi)走線，保證了美觀度的同時，也能提升線纜的壽命以及機械臂的可靠性，便于機械臂的密封性設(shè)計，達到防塵和一定的防水能力。(a)伺服驅(qū)動器(b)關(guān)節(jié)電機與機械臂本體結(jié)合圖1-4UR機械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文4旋轉(zhuǎn)，其余關(guān)節(jié)可360度旋轉(zhuǎn)。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在編程簡單、安裝方便、部署靈活、與人安全合作、投資回報期短等五個方面，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。UR10包含六個自由度機械臂，其負載重量為10kg，自重為28.9kg，工作半徑可達1300mm。圖1-3UR機器人及其控制柜與DLRLWRIII類似，為了保證高集成度，UR機械臂的關(guān)節(jié)集成PMSM伺服驅(qū)動器如圖1-4(a)所示，關(guān)節(jié)伺服電機將定子外殼與機械臂本體結(jié)合如圖1-4(b)所示，中空電機軸帶動諧波減速器實現(xiàn)關(guān)節(jié)驅(qū)動。無刷電機及其伺服驅(qū)動器均和諧波減速器均采用中空設(shè)計，實現(xiàn)機械臂的內(nèi)走線，保證了美觀度的同時，也能提升線纜的壽命以及機械臂的可靠性，便于機械臂的密封性設(shè)計，達到防塵和一定的防水能力。(a)伺服驅(qū)動器(b)關(guān)節(jié)電機與機械臂本體結(jié)合圖1-4UR機械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]交流永磁同步伺服系統(tǒng)電流環(huán)帶寬拓展技術(shù)研究[D]. 牛里.哈爾濱工業(yè)大學 2010



本文編號：3429460