機(jī)械手控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).pdf

1、機(jī)械手是機(jī)器人研究最典型最常用的對(duì)象，能夠自動(dòng)完成焊接、磨削、噴涂、裝配、搬運(yùn)和醫(yī)護(hù)等作業(yè)操作，因此在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，特別是在惡劣危險(xiǎn)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(jī)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(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)放性和通用性較差，使得各種先進(jìn)的控制算法在實(shí)驗(yàn)中不易實(shí)現(xiàn)，大部分控制算法研究大都局限于仿真層面，大部分實(shí)際生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)械手仍以采用PID的控制方案為主流。針對(duì)現(xiàn)行機(jī)械手控制算法研究局限于仿

2、真層面的現(xiàn)狀，為了加強(qiáng)機(jī)械手控制的實(shí)驗(yàn)研究，提高機(jī)械手控制的精度，東北大學(xué)自動(dòng)化研究中心在985工程項(xiàng)目“流程工業(yè)自動(dòng)化科技創(chuàng)新工作平臺(tái)”中，提出了機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。 本文依照開(kāi)放式、模塊化的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套通用性較強(qiáng)的機(jī)械手控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以對(duì)機(jī)械手的控制算法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。本文的工作圍繞以下幾方面展開(kāi)： 1.參照機(jī)械手控制系統(tǒng)的通用模型，應(yīng)用“上位機(jī)——下位機(jī)——控制對(duì)象”的設(shè)計(jì)思路對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)

3、計(jì)。從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)試功能和實(shí)驗(yàn)功能的要求出發(fā)，提出了模塊化、開(kāi)放性和通用性的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了機(jī)械手控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)。 2.按照機(jī)械手控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了該平臺(tái)的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，主要的工作是下位機(jī)控制臺(tái)的設(shè)計(jì)，包括控制臺(tái)的外觀設(shè)計(jì)，接口設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)。在控制臺(tái)的電氣設(shè)計(jì)中涉及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，測(cè)試電路設(shè)計(jì)，通訊電路的設(shè)計(jì)，控制電路的設(shè)計(jì)以及電源的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工作完成后，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了成功的開(kāi)發(fā)

4、。 3.基于機(jī)械手控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。軟件結(jié)構(gòu)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的功能為控制算法實(shí)現(xiàn)、通訊功能、仿真顯示功能以及擴(kuò)展功能；下位機(jī)軟件基于硬件部分實(shí)現(xiàn)的功能，完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)、關(guān)節(jié)測(cè)試、工作模式切換、與上位機(jī)通訊以及對(duì)運(yùn)動(dòng)芯片的控制。 4.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)成功后對(duì)機(jī)械手進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，應(yīng)用位置速度PD控制方法，未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法和運(yùn)動(dòng)芯片編程控制方法在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)