多自由度機器人運動控制系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、工業(yè)機器人在工業(yè)自動化領域扮演著重要的角色,隨著電子技術、通訊技術和機械制造技術的快速發(fā)展,高精度、高可靠性、智能化已成為機器人的發(fā)展方向。本課題針對多軸機器人,進行了基于變指數(shù)趨近律的滑模控制方法研究,同時完成了基于PC的多自由度工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設計。
　　首先,利用拉格朗日函數(shù)法建立了多自由度工業(yè)機器人的動力學模型,根據(jù)其模型特性和控制目標,選定了滑模變結構控制算法進行研究。本設計中,分別對工業(yè)機器人傳統(tǒng)滑?？刂品椒?、基于指

2、數(shù)趨近律的滑?？刂品椒ㄟM行了研究。結合機器人特性,在指數(shù)和冪次趨近律基礎上設計了一種變指數(shù)趨近律,并推導出相應的滑?？刂坡伞７抡娼Y果表明該滑?？刂坡稍诓桓淖兿到y(tǒng)動態(tài)響應速度的前提下,明顯削弱了控制器輸出抖振。
　　其次,對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)進行了整體需求分析,結合現(xiàn)今主流的控制系統(tǒng)設計方法,制定了基于PC的控制系統(tǒng)設計方案;同時,根據(jù)控制算法和通訊接口的要求,選定了基于FPGA(EP2C8Q208)+DSP(TMS320F2812

3、)+PCI9054的核心控制器設計架構,FPGA負責接口邏輯設計,DSP負責控制算法實現(xiàn),PCI負責與PC的通訊,這樣既保證了控制器的效率,又簡化了硬件接口設計。
　　第三,完成了基于PCI的運動控制核心板與調理電路板的原理圖設計、PCB設計和焊接調試。FPGA內部邏輯設計采用Verilog HDL語言,實現(xiàn)了與PCI9054的接口、與DSP的接口、SPI接口、光電碼盤信號采集、高速脈沖輸出等邏輯,保證了數(shù)據(jù)在傳感器、信號處理單元

4、、上位機和執(zhí)行器之間的快速可靠傳輸。
　　第四,在控制系統(tǒng)硬件和FPGA邏輯電路設計完成后,分別編寫了在DSP運行的下位機程序和在PC上運行的上位機程序。DSP程序開發(fā)環(huán)境采用CCStudio V3.3,編程采用C語言,實現(xiàn)了控制算法和底層數(shù)據(jù)傳輸;上位機程序開發(fā)平臺采用LabVIEW,編程采用數(shù)據(jù)流框圖語言,實現(xiàn)了板卡控制、參數(shù)設定、數(shù)據(jù)監(jiān)測等功能。
　　最后，搭建了機器人控制系統(tǒng)實驗平臺,進行了光電編碼器采集測試實驗、高