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工业机器人随着数字信号处理技术和计算机技术的发展得到越来越广泛的应用。在六自由度机器人群体中,关节型机器人以工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座的物体等特点备受设计者和使用者的青睐。本课题设计的六自由度关节型机器人既可以用于实际生产,也可以用于教学和科研。
首先,本文介绍了工业机器人技术和机器人控制器技术的应用和发展,给出了本课题研究的机器人对象。随后本文对机器人的机构可行方案进行了充分论证,在此基础上运用D-H方法进行了机器人的运动学分析并采用关节空间法详细规划了机器人的运动轨迹。
其后,本文探讨了机器人运动学正逆解求解方法,详细地讨论了其中的PID算法。通过对控制方案进行比较和对芯片进行选型,确定了基于PCI总线的IPC(工控机)和DSP两级机器人伺服控制方案。DSP运动控制卡以TI公司的浮点型信号处理器TMS320LF4207作为控制核心,用CPLD设计伺服电机的码盘信号接收电路,用数模转换器DAC7725提供伺服电机的转速给定值,构成了伺服电机的位置闭环系统。上位机实现机器人参数给定、命令控制、人机接口、上层路径规划等功能。PCI总线选用PLX公司的从模式芯片PCI9052作为桥接芯片。编写了针对PCI9052的WDM驱动程序,实现了工控机和DSP运动控制卡的正常通讯。
在本文的最后,设计了关节调试程序,至此成功地搭建了6关节机器人控制系统的平台,为以后进一步的的科研和应用打下了的基础。