托卡馬克裝置是能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的反應(yīng)堆,是受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步,也是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。而第一壁是托卡馬克裝置中的重要部件。由于托卡馬克裝置的高溫、高輻射,人工完成對(duì)第一壁的觀測(cè)往往存在危險(xiǎn)性。本課題的研究?jī)?nèi)容是托卡馬克內(nèi)窺機(jī)械臂遙操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),使用機(jī)器人技術(shù)來(lái)替代人進(jìn)行工作。本文首先介紹了托卡馬克機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。根據(jù)內(nèi)窺機(jī)械臂的任務(wù)要求設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制系統(tǒng)方案,根據(jù)交互性和實(shí)時(shí)性的要求采用了Modbus/TCP和EtherCAT兩層通信。其中,Modbus/TCP用于上位機(jī)和下位機(jī)的通信,EtherCAT則用于下位機(jī)和驅(qū)動(dòng)器間的通信。其次,本文對(duì)內(nèi)窺機(jī)械臂做了簡(jiǎn)單介紹,建立了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,獲得機(jī)械臂D-H參數(shù),完成了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的求解,并推導(dǎo)了關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動(dòng)空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。針對(duì)第一壁的觀測(cè)任務(wù),實(shí)現(xiàn)了在任務(wù)空間與關(guān)節(jié)空間的連續(xù)軌跡規(guī)劃,并提出了基于第一壁變換率的軌跡優(yōu)化算法。最后,為了完成機(jī)械臂單次作業(yè)流程及對(duì)第一壁的高效率的觀測(cè),本文設(shè)計(jì)了機(jī)械臂的多種工作模式,完成了上下位機(jī)程序的編寫,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)程序及掃描任務(wù)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)... 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題來(lái)源
    1.2 課題研究背景及意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 AIA遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)
        1.3.2 JET遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)
        1.3.3 BTP遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)
    1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第二章 機(jī)械臂控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
    2.1 任務(wù)分析
    2.2 控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介
    2.3 控制系統(tǒng)硬件組成
        2.3.1 伺服驅(qū)動(dòng)器
        2.3.2 下位機(jī)
        2.3.3 上位機(jī)
        2.3.4 相機(jī)
第三章 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及計(jì)算
    3.1 內(nèi)窺機(jī)械臂介紹
    3.2 機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型
        3.2.1 小臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
        3.2.2 大臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
    3.3 關(guān)節(jié)空間與驅(qū)動(dòng)空間的轉(zhuǎn)化
        3.3.1 小臂四關(guān)節(jié)
        3.3.2 大臂三關(guān)節(jié)
        3.3.3 底座三關(guān)節(jié)
第四章 托卡馬克腔的軌跡規(guī)劃
    4.1 軌跡規(guī)劃方法介紹
        4.1.1 任務(wù)空間軌跡規(guī)劃方法
        4.1.2 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法
    4.2 托卡馬克腔的軌跡規(guī)劃
        4.2.1 任務(wù)描述
        4.2.2 軌跡規(guī)劃
        4.2.3 軌跡優(yōu)化
    4.3 基于PVT模式的Spline插值
        4.3.1 PVT位置控制模式
        4.3.2 基于PVT模式的Spline插值
        4.3.3 仿真
第五章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.1 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
    5.2 上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.2.1 上位機(jī)編程環(huán)境
        5.2.2 人機(jī)交互界面
        5.2.3 程序?qū)崿F(xiàn)
    5.3 下位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.3.1 下位機(jī)編程環(huán)境
        5.3.2 下位機(jī)配置
        5.3.3 程序?qū)崿F(xiàn)
    5.4 上下位機(jī)通訊
        5.4.1 主站/從站模式
        5.4.2 MODBUS/TCP主站
        5.4.3 MODBUS寄存器功能定義
第六章 仿真與實(shí)驗(yàn)
    6.1 仿真
        6.1.1 Sim Mechanics介紹
        6.1.2 Sim Mechanics運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
    6.2 實(shí)驗(yàn)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文



本文編號(hào)：3516055