五自由度教學(xué)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計及實驗研究.pdf

1、在機器人的研究領(lǐng)域中，如何有效地提高機器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學(xué)者十分關(guān)注的一個重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機器人的發(fā)展歷程和機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標(biāo)是建立一個新型全數(shù)字的基于ATmage128和FPGA的機器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺，實現(xiàn)對五自由度教學(xué)機器人的精確控制。 本文分析了所研究的五自由度教學(xué)機器人的本體結(jié)構(gòu)。在明確了實現(xiàn)機器人精確位置伺服控制的控制原理后，在分析對機器人控制系統(tǒng)的諸多可行

2、性方案的基礎(chǔ)上，確定采用了兩級CPU控制體系結(jié)構(gòu)：第一級CPU為上位計算機，它實現(xiàn)對機器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的ATmega128處理器，輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現(xiàn)了對機器人多個關(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動；采用串口實現(xiàn)上位計算機與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機器人系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩

3、個部分：一是采用VC++實現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用實時操作系統(tǒng)uC/OS Ⅱ?qū)崿F(xiàn)的下位機控制程序，它主要負(fù)責(zé)接收上位監(jiān)控系統(tǒng)的命令，實現(xiàn)對機器人的實時驅(qū)動，同時還能夠?qū)崟r的向上位監(jiān)控系統(tǒng)機器人反饋的當(dāng)前狀態(tài)信息。 研究開發(fā)出的五自由度教學(xué)機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩(wěn)定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現(xiàn)對機器人