基于SERCOS Ⅲ的工業(yè)機器人嵌入式控制器設(shè)計與開發(fā).pdf

1、隨著制造業(yè)向著智能化、信息化和自動化方向的不斷推進，工業(yè)機器人以其靈活、高效率等特點，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?？刂破髯鳛楣I(yè)機器人的重要核心部件之一，決定著機器人控制性能的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的“PC/IPC+運動控制卡”模式的控制器存在著架構(gòu)封閉、聯(lián)動軸數(shù)少、布線復(fù)雜和傳輸速率慢等缺點，在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中具有一定的局限性?；谇度胧胶蛯崟r以太網(wǎng)技術(shù)的控制架構(gòu)更符合當(dāng)前控制器高速化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，且具備低成本、低功耗、高性能等特點

2、，有望成為未來工業(yè)機器人控制器的主流技術(shù)。因此，本文針對基于嵌入式處理器和實時以太網(wǎng)技術(shù)的開放式機器人控制器的設(shè)計與開發(fā)進行系統(tǒng)的研究和探索，具體內(nèi)容如下:
　　針對工業(yè)機器人控制器體系結(jié)構(gòu)進行研究，在綜合分析市場主流控制器功能的基礎(chǔ)上，采用“嵌入式處理器+實時操作系統(tǒng)+實時以太網(wǎng)”的開放式、總線式架構(gòu)，搭建了“ARM Cortex處理器+RT-Linux+ SERCOSⅢ”的軟、硬件開發(fā)平臺，并根據(jù)模塊化設(shè)計原則提出了一種五層架

3、構(gòu)的控制器功能劃分方法。
　　針對SERCOSⅢ實時以太網(wǎng)的實現(xiàn)和應(yīng)用進行研究，選用通用嵌入式通信模塊comX作為SERCOSⅢ主站，完成了SERCOSⅢ通信協(xié)議的配置和實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上將comX作為字符設(shè)備，設(shè)計并完成了comX在RT-Linux環(huán)境下的驅(qū)動和應(yīng)用開發(fā)。
　　針對工業(yè)機器人運動控制速度規(guī)劃算法進行研究，利用加減速段的對稱性開發(fā)實現(xiàn)了七段式S型曲線快速速度規(guī)劃算法;在此基礎(chǔ)上，考慮機器人各關(guān)節(jié)的同步運動問題，

4、實現(xiàn)了一種關(guān)節(jié)空間多軸同步速度規(guī)劃算法，以運動時間最長的軸為參考，對其它軸進行同步規(guī)劃，以保證各軸同步運行，且運行時間最短。
　　針對工業(yè)機器人的軌跡插補算法進行研究，開發(fā)實現(xiàn)了關(guān)節(jié)空間內(nèi)的PTP插補以及直角空間內(nèi)的直線和圓弧插補等常規(guī)的插補算法。此外，針對復(fù)雜曲線插補問題，提出了改進的基于S型曲線的NURBS軌跡插補算法，首先采用改進的Admas微分方程方法對參數(shù)進行預(yù)估，并根據(jù)弦高誤差、速度和加速度等約束條件實現(xiàn)了參數(shù)的自適應(yīng)