直角坐標平臺運動控制技術研究.pdf

1、工業(yè)機器人作為制造業(yè)領域的關鍵裝備，可大幅提高了工業(yè)生產效率。為提高行業(yè)競爭力，工業(yè)機器人被廣泛應用于汽車制造、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鍵技術的落戶，市場份額被安川、松下、KUKA、ABB等外資企業(yè)占領，因此本文以直角坐標平臺為控制對象，針對其中相關的多軸運動控制技術展開研究，涉及機器人運動控制系統(tǒng)的設計及運

2、動學、軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤等相關控制理論的研究及實踐。
　　系統(tǒng)設計方面，從單關節(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平臺、伺服驅動器和交流永磁同步伺服電機的主要技術參數進行了較為詳細的介紹，針對本課題中使用的直角坐標平臺，研究了開放式多軸運動控制器的設計，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”技術實施路線。硬件方面，從滿足“實時”和“高精度”指標的角度出發(fā)，設計了以高速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并行總線標準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、硬件接口層分層設計，下位機主要承擔伺服控制任務。
　　對于軌跡規(guī)劃算法，重點研究了直角坐標平臺操作空間和關節(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，推導了直線和圓弧規(guī)劃相關的公式，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，然后轉換到關節(jié)空間進行插補。在關節(jié)空間軌跡規(guī)劃研究內容中，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，得到各關節(jié)速度和加速度都連續(xù)軌跡。并以直角坐標平臺為運動控制對象，結合自主研制的多軸運動控制器，針對復雜軌跡，以“小人”為例，對操作空間軌跡規(guī)劃和關節(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，以電機的數學模型為基礎，分別就經典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，并在直角坐標平臺上，對于位置反饋，采用經典 PID控制進行了正弦軌跡及“小人”軌跡的軌跡跟蹤實況試驗。在經典PID