基于EtherCAT通信協(xié)議的多自由度機器人控制仿真系統(tǒng).pdf

1、工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。由于生產加工業(yè)向著自動化、智能化的方向發(fā)展，工業(yè)機器人的應用行業(yè)和范圍一直在延伸，在人們的生活和生產中發(fā)揮了不可替代的作用。然而，用于高校的教學和培訓的實體機器人卻少之又少，不能滿足學生對實體機器人操作的需求，這將影響高校開設機器人課程的教學效果?；谶@種情況，對機器人虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)就顯得非常的關鍵。
　　本研究結合實際工業(yè)機器人教學培訓的需求，闡述了研究的背景以及國內

2、外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀，并且論述了機器人虛擬仿真系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和研究的意義。分析研究了一種開放性的、國際標準的實時以太網EtherCAT通信協(xié)議在機器人虛擬仿真系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法，通過搭建主從站、以及利用數據幀和報文尋址方式，完成對機器人的通信與控制?？刂破飨到y(tǒng)通過EtherCAT協(xié)議建立了各種控制參數和命令的數據通信，建立工業(yè)機器人的控制通信系統(tǒng)架構。為了研究機器人運動軌跡規(guī)劃和仿真跟蹤，對機器人的運動學理論作了研究。首先討論了物體在運

3、動過程中的坐標變換，通過D-H參數法建立機器人連桿坐標系，得到各連桿參數，進而對機器人的運動學方程進行了求解。在機器人的軌跡規(guī)劃方面，論文分析了關節(jié)空間中的三次多項式和五次多項式插值算法，笛卡爾空間中的直線軌跡插補算法和圓弧軌跡插補算法，并且通過MATLAB中的工具箱Robotics Toolbox利用五次多項式插值算法對機器人的軌跡規(guī)劃進行了仿真。論述了工業(yè)機器人虛擬仿真系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)是以六自由度工業(yè)機器人為模型，以Unity3D

4、為開發(fā)平臺，是基于EtherCAT的現(xiàn)場總線建立的一套機器人虛擬仿真系統(tǒng)，達到了機器人的運動仿真效果。虛擬仿真平臺的軟件部分是在Unity3D的編譯環(huán)境下，采用C＃編程語言來設計的。該仿真系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能為:不僅使仿真軟件中的機器人能夠在控制命令的作用下單獨的進行運動規(guī)劃，真實再現(xiàn)機器人各運動關節(jié)，實現(xiàn)仿真模擬;而且通過控制實體機器人運動的同時實現(xiàn)仿真軟件中的虛擬機器人運動，完成相同的運動軌跡，實現(xiàn)實時一致性。虛擬仿真軟件和實體的機器