本文關(guān)鍵詞：生產(chǎn)線搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著人力資源成本逐步提升,迫切需要搬運(yùn)機(jī)械手代替人類勞動(dòng)。目前大部分國(guó)產(chǎn)機(jī)械手使用PLC或者專用的控制系統(tǒng),這使得系統(tǒng)成本大大提高。同時(shí),國(guó)外的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)雖然性能優(yōu)越,但是價(jià)格十分昂貴,技術(shù)也不對(duì)外公開。因此開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)的控制系統(tǒng)具有重要意義。本文開發(fā)與設(shè)計(jì)了一套基于"ARM+THB6128"的主從式控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用STM32作為主控制器,電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作為從控制器,主從機(jī)之間采用串口進(jìn)行通信。該控制系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比以及一定的二次開發(fā)能力。論文的主要研究工作有以下幾個(gè)方面：(1)本文采用矩陣變換的方法,推導(dǎo)出機(jī)械手末端位姿與控制變量之間的關(guān)系。得到運(yùn)動(dòng)學(xué)模型后,通過運(yùn)動(dòng)學(xué)反解,求出相應(yīng)的關(guān)節(jié)變量,從而有利于X軸、Z軸、U軸、V軸電機(jī)控制。根據(jù)企業(yè)提出的控制系統(tǒng)的功能需求,進(jìn)行了控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)�？刂葡到y(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。(2)在系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、主控單元模塊進(jìn)行了芯片選擇與電路設(shè)計(jì)。(3)為了防止電機(jī)丟步和過沖,需要對(duì)電機(jī)控制采用加減速算法。本文進(jìn)行了梯形加減速與S加減速相關(guān)算法公式推導(dǎo),同時(shí)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)算法進(jìn)行了深入研究,將快速DDA算法應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)械手。(4)在控制系統(tǒng)算法研究的基礎(chǔ)上,基于Keil進(jìn)行了主從機(jī)通信模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、主控單元模塊、人機(jī)交互模塊程序編寫。對(duì)于人機(jī)交互模塊,本文從硬件層、協(xié)議層、應(yīng)用層等方面討論了串口屏程序?qū)崿F(xiàn)。(5)最后,運(yùn)用Keil虛擬示波器軟件仿真進(jìn)行了系統(tǒng)加減速以及多軸聯(lián)動(dòng)算法驗(yàn)證。通過系統(tǒng)功能驗(yàn)證,滿足了企業(yè)提出的低成本控制系統(tǒng)需求�？傊�,本文從位姿矩陣推導(dǎo)、硬件設(shè)計(jì)、算法研究等方面對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行了研究。通過多軸聯(lián)動(dòng)控制,搬運(yùn)機(jī)械手能夠按照預(yù)定的路徑完成工作任務(wù)。
【關(guān)鍵詞】：STM32 搬運(yùn)機(jī)械手 運(yùn)動(dòng)控制 圖形界面系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241;TB49
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題研究背景和意義9
• 1.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容與解決的主要問題12-14
• 1.3.1 論文研究的主要內(nèi)容12-13
• 1.3.2 論文解決的主要問題13-14
• 第2章 搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14-31
• 2.1 搬運(yùn)機(jī)械手工作原理及工作流程14-16
• 2.1.1 搬運(yùn)機(jī)械手工作原理14-15
• 2.1.2 搬運(yùn)機(jī)械手工作流程15-16
• 2.2 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析16-23
• 2.2.1 平衡吊運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果17-18
• 2.2.2 機(jī)械手位姿矩陣18-22
• 2.2.3 機(jī)械手速度分析22-23
• 2.2.4 機(jī)械手加速度分析23
• 2.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)學(xué)反解23-28
• 2.3.1 搬運(yùn)機(jī)械手關(guān)鍵尺寸及電機(jī)型號(hào)介紹23-25
• 2.3.2 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)學(xué)反解25-27
• 2.3.3 機(jī)械手工作空間27-28
• 2.4 控制系統(tǒng)功能需求與控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)28-30
• 2.4.1 控制系統(tǒng)功能需求28-29
• 2.4.2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 生產(chǎn)線搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)31-43
• 3.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-32
• 3.2 系統(tǒng)電源模塊32-34
• 3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊34-36
• 3.3.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)介34
• 3.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)34-36
• 3.4 主控單元模塊36-40
• 3.4.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊36-37
• 3.4.2 復(fù)位模塊37-38
• 3.4.3 編碼器模塊38
• 3.4.4 串口屏驅(qū)動(dòng)模塊38-39
• 3.4.5 檢測(cè)模塊39-40
• 3.5 PCB布局布線與電磁抗干擾設(shè)計(jì)40-42
• 3.5.1 布局布線與抗干擾設(shè)計(jì)40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第4章 控制系統(tǒng)關(guān)鍵算法研究43-56
• 4.1 研究加減速算法的目的43
• 4.2 梯形加減速速度規(guī)劃算法研究43-47
• 4.2.1 梯形曲線介紹43-44
• 4.2.2 梯形加減速算法公式推演44-45
• 4.2.3 梯形曲線離散化45-47
• 4.3 S曲線加減速速度規(guī)劃算法研究47-50
• 4.3.1 S形加減速曲線介紹48
• 4.3.2 S形加減速公式推演48-49
• 4.3.3 S曲線加減速實(shí)例分析49-50
• 4.4 多軸聯(lián)動(dòng)算法研究50-55
• 4.4.1 多軸聯(lián)動(dòng)算法公式推導(dǎo)50-52
• 4.4.2 搬運(yùn)機(jī)械手多軸插補(bǔ)器建立52-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 生產(chǎn)線搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)56-74
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境及調(diào)試工具介紹56
• 5.2 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)56-57
• 5.3 主從機(jī)通信模塊57-59
• 5.3.1 主從機(jī)通信協(xié)議制定57-58
• 5.3.2 從機(jī)指令解析58-59
• 5.4 動(dòng)控制模塊59-64
• 5.4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊59-60
• 5.4.2 梯形加減速模塊60-63
• 5.4.3 S形曲線加減速模塊63
• 5.4.4 多軸聯(lián)動(dòng)模塊63-64
• 5.5 主控單元模塊64-66
• 5.5.1 編碼器模塊64-65
• 5.5.2 復(fù)位模塊65-66
• 5.6 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)66-73
• 5.6.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)66-68
• 5.6.2 人機(jī)交互界面軟件構(gòu)架68
• 5.6.3 硬件層代碼實(shí)現(xiàn)68-70
• 5.6.4 協(xié)議層代碼實(shí)現(xiàn)70-71
• 5.6.5 應(yīng)用層代碼實(shí)現(xiàn)71-73
• 5.7 本章小結(jié)73-74
• 第6章 系統(tǒng)功能測(cè)試74-79
• 6.1 電路部分測(cè)試74-75
• 6.2 軟件部分測(cè)試75-78
• 6.2.1 速度控制測(cè)試75-77
• 6.2.2 位移控制測(cè)試77-78
• 6.2.3 多軸聯(lián)動(dòng)測(cè)試78
• 6.3 本章小結(jié)78-79
• 第7章 總結(jié)和展望79-81
• 7.1 總結(jié)79
• 7.2 展望79-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：831989