直角坐標(biāo)平臺運動控制技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)機器人作為制造業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵裝備，可大幅提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。為提高行業(yè)競爭力，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于汽車制造、電氣電子工業(yè)、橡膠塑料制造和機械工業(yè)等領(lǐng)域，在對制造工藝要求不斷提高的今天，我們將迎來一個機器人時代。我國作為世界第一大機器人市場，受限于多軸運動控制等關(guān)鍵技術(shù)的落戶，市場份額被安川、松下、KUKA、ABB等外資企業(yè)占領(lǐng)，因此本文以直角坐標(biāo)平臺為控制對象，針對其中相關(guān)的多軸運動控制技術(shù)展開研究，涉及機器人運動控制系統(tǒng)的設(shè)計及運

2、動學(xué)、軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤等相關(guān)控制理論的研究及實踐。
　　系統(tǒng)設(shè)計方面，從單關(guān)節(jié)運動控制系統(tǒng)的基本組成部分入手，對本課題中使用的直角坐標(biāo)平臺、伺服驅(qū)動器和交流永磁同步伺服電機的主要技術(shù)參數(shù)進行了較為詳細的介紹，針對本課題中使用的直角坐標(biāo)平臺，研究了開放式多軸運動控制器的設(shè)計，從硬件和軟件兩個方面，詳細介紹了多軸運動控制器的“模塊化”技術(shù)實施路線。硬件方面，從滿足“實時”和“高精度”指標(biāo)的角度出發(fā)，設(shè)計了以高速DSP和CPLD為核心

3、，具有Memory模塊、DAC模塊、Power模塊和IO等模塊，且擁有32位PCI并行總線標(biāo)準(zhǔn)接口的多軸運動控制板和接口板(文中的IO模塊)。軟件方面，從“模塊化”軟件設(shè)計的角度出發(fā)，重點闡述了以C＃開發(fā)的上位機和以 C語言開發(fā)的下位機的各個軟件子模塊的功能設(shè)計和實施方案。其中上位機以人機交互層、控制策略層、硬件接口層分層設(shè)計，下位機主要承擔(dān)伺服控制任務(wù)。
　　對于軌跡規(guī)劃算法，重點研究了直角坐標(biāo)平臺操作空間和關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃。

4、對于操作空間的軌跡規(guī)劃研究，闡述了運動控制中基本的組成單元——直線和圓弧的軌跡規(guī)劃方法。為提高軌跡運動過程的流暢，以S型曲線加減速規(guī)劃為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了直線和圓弧規(guī)劃相關(guān)的公式，介紹了直線和圓弧規(guī)劃的步驟。對于一般圖形的軌跡規(guī)劃，本文先采用圖像處理的方式，對于復(fù)雜圖像進行濾波、去噪、二值化、填充和邊緣檢測等步驟得到邊界在操作空間的序列，然后轉(zhuǎn)換到關(guān)節(jié)空間進行插補。在關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃研究內(nèi)容中，重點介紹了三次樣條插補方法，對三次樣條插補公式進

5、行了詳細推導(dǎo)，得到各關(guān)節(jié)速度和加速度都連續(xù)軌跡。并以直角坐標(biāo)平臺為運動控制對象，結(jié)合自主研制的多軸運動控制器，針對復(fù)雜軌跡，以“小人”為例，對操作空間軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法進行了實踐和驗證。
　　在軌跡跟蹤控制方面，以電機的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，分別就經(jīng)典PID和模糊自整定PID控制的軌跡跟蹤控制進行研究及對比試驗，并在直角坐標(biāo)平臺上，對于位置反饋，采用經(jīng)典 PID控制進行了正弦軌跡及“小人”軌跡的軌跡跟蹤實況試驗。在經(jīng)典PID