本文關(guān)鍵詞：輕工包裝機(jī)器人專用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著人力成本的不斷提高以及機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟,勞動(dòng)密集型的包裝行業(yè)尋求產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,輕工包裝機(jī)器人的應(yīng)用成為一個(gè)潮流。目前國內(nèi)主流的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要依賴進(jìn)口,或采用通用開放式運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行二次開發(fā),沒有專門針對(duì)輕工包裝行業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng),因此本文以輕工包裝機(jī)器人專用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,分析機(jī)器人模型與關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),將包裝工藝融入控制器,大大降低機(jī)器人的使用難度。首先分析常用輕工包裝機(jī)器人以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),結(jié)合輕工包裝機(jī)器人工藝需求,和機(jī)器人控制中的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)輕工包裝機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì),提出了ARM與專用運(yùn)動(dòng)控制芯片結(jié)合的主從控制架構(gòu)的硬件方案,在此基礎(chǔ)上選用μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。其次在綜合比較常用的輕工包裝機(jī)器人的基礎(chǔ)上,提出了一種新型輕工包裝機(jī)器人,并以此為例,進(jìn)行分析與建模,給出了輕工包裝機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的分析過程。首先利用CAD對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上通過D-H法建立機(jī)器人桿件模型,利用齊次變換公式推導(dǎo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并對(duì)機(jī)器人工作空間進(jìn)行分析。利用Matlab Robotics Toolbox對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)器人仿真與驗(yàn)證,并給出機(jī)器人工作空間的三維圖。機(jī)器人位置控制、速度控制與軌跡規(guī)劃是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的核心技術(shù)。分析了機(jī)器人伺服位置控制。另外在分析傳統(tǒng)的S曲線速度規(guī)劃控制方法的基礎(chǔ)上,采用了基于三角函數(shù)的改進(jìn)型S曲線速度規(guī)劃算法,并驗(yàn)證了速度規(guī)劃算法的有效性與合理性。機(jī)器人的軌跡規(guī)劃是機(jī)器人控制的重中之重,重點(diǎn)分析了多軸控制的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和基于關(guān)節(jié)控制滿足機(jī)器人柔性需求的三次樣條插補(bǔ)算法,并給出了仿真結(jié)果。根據(jù)輕工包裝機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),給出了輕工包裝機(jī)器人專用運(yùn)動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)以STM32F407ZGT6與PCL6045BL為控制核心,設(shè)計(jì)了機(jī)器人控制系統(tǒng)。硬件電路設(shè)計(jì)主要包括核心板設(shè)計(jì)、電源模塊設(shè)計(jì)、通信模塊設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì),以及外設(shè)接口設(shè)計(jì),包括伺服接口,手輪接口等。軟件部分給出了μC/OS-II操作系統(tǒng)的移植過程,并給出了主程序、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制程序、示教程序的流程圖。最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建和具體實(shí)驗(yàn),給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的不足,并提出了下一步的工作目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB486;TP242

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本文編號(hào)：1162888