機械手控制實驗平臺的設(shè)計與開發(fā).pdf

1、機械手是機器人研究最典型最常用的對象，能夠自動完成焊接、磨削、噴涂、裝配、搬運和醫(yī)護等作業(yè)操作，因此在工業(yè)現(xiàn)場，特別是在惡劣危險以及要求精確性較高的環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著機器人控制深入研究，各種智能控制算法得以迅速發(fā)展。由于現(xiàn)行機械手實驗平臺的開放性和通用性較差，使得各種先進的控制算法在實驗中不易實現(xiàn)，大部分控制算法研究大都局限于仿真層面，大部分實際生產(chǎn)的工業(yè)機械手仍以采用PID的控制方案為主流。針對現(xiàn)行機械手控制算法研究局限于仿

2、真層面的現(xiàn)狀，為了加強機械手控制的實驗研究，提高機械手控制的精度，東北大學(xué)自動化研究中心在985工程項目“流程工業(yè)自動化科技創(chuàng)新工作平臺”中，提出了機器人控制實驗平臺的設(shè)計要求。 本文依照開放式、模塊化的設(shè)計思路，設(shè)計開發(fā)了一套通用性較強的機械手控制實驗平臺，可以對機械手的控制算法開展實驗研究。本文的工作圍繞以下幾方面展開： 1.參照機械手控制系統(tǒng)的通用模型，應(yīng)用“上位機——下位機——控制對象”的設(shè)計思路對實驗平臺進行設(shè)

3、計。從實驗平臺的測試功能和實驗功能的要求出發(fā)，提出了模塊化、開放性和通用性的設(shè)計思想，設(shè)計了機械手控制實驗平臺的整體結(jié)構(gòu)。 2.按照機械手控制實驗平臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計了該平臺的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括上位機和下位機兩部分，主要的工作是下位機控制臺的設(shè)計，包括控制臺的外觀設(shè)計，接口設(shè)計和電氣設(shè)計。在控制臺的電氣設(shè)計中涉及驅(qū)動電路設(shè)計，測試電路設(shè)計，通訊電路的設(shè)計，控制電路的設(shè)計以及電源的設(shè)計。設(shè)計工作完成后，對實驗平臺進行了成功的開發(fā)

4、。 3.基于機械手控制實驗平臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。軟件結(jié)構(gòu)分為上位機和下位機兩部分，上位機軟件實現(xiàn)的功能為控制算法實現(xiàn)、通訊功能、仿真顯示功能以及擴展功能；下位機軟件基于硬件部分實現(xiàn)的功能，完成電機驅(qū)動、關(guān)節(jié)測試、工作模式切換、與上位機通訊以及對運動芯片的控制。 4.實驗平臺開發(fā)成功后對機械手進行數(shù)學(xué)建模，應(yīng)用位置速度PD控制方法，未建模動態(tài)補償控制方法和運動芯片編程控制方法在該實驗平臺上進行實驗。實驗中實現(xiàn)