直角坐標(biāo)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)機(jī)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(jìng)爭(zhēng)力，工業(yè)機(jī)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(jī)械工業(yè)等領(lǐng)域，在對(duì)制造工藝要求不斷提高的今天，我們將迎來一個(gè)機(jī)器人時(shí)代。我國(guó)作為世界第一大機(jī)器人市場(chǎng)，受限于多軸運(yùn)動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)的落戶，市場(chǎng)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(tái)為控制對(duì)象，針對(duì)其中相關(guān)的多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)展開研究，涉及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)

2、動(dòng)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(shí)踐。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，從單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成部分入手，對(duì)本課題中使用的直角坐標(biāo)平臺(tái)、伺服驅(qū)動(dòng)器和交流永磁同步伺服電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，針對(duì)本課題中使用的直角坐標(biāo)平臺(tái)，研究了開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)，從硬件和軟件兩個(gè)方面，詳細(xì)介紹了多軸運(yùn)動(dòng)控制器的“模塊化”技術(shù)實(shí)施路線。硬件方面，從滿足“實(shí)時(shí)”和“高精度”指標(biāo)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(jì)的角度出發(fā)，重點(diǎn)闡述了以C＃開發(fā)的上位機(jī)和以 C語(yǔ)言開發(fā)的下位機(jī)的各個(gè)軟件子模塊的功能設(shè)計(jì)和實(shí)施方案。其中上位機(jī)以人機(jī)交互層、控制策略層、硬件接口層分層設(shè)計(jì)，下位機(jī)主要承擔(dān)伺服控制任務(wù)。
　　對(duì)于軌跡規(guī)劃算法，重點(diǎn)研究了直角坐標(biāo)平臺(tái)操作空間和關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃。

4、對(duì)于操作空間的軌跡規(guī)劃研究，闡述了運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)于一般圖形的軌跡規(guī)劃，本文先采用圖像處理的方式，對(duì)于復(fù)雜圖像進(jìn)行濾波、去噪、二值化、填充和邊緣檢測(cè)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(jìn)行插補(bǔ)。在關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃研究?jī)?nèi)容中，重點(diǎn)介紹了三次樣條插補(bǔ)方法，對(duì)三次樣條插補(bǔ)公式進(jìn)

5、行了詳細(xì)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(tái)為運(yùn)動(dòng)控制對(duì)象，結(jié)合自主研制的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，針對(duì)復(fù)雜軌跡，以“小人”為例，對(duì)操作空間軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行了實(shí)踐和驗(yàn)證。
　　在軌跡跟蹤控制方面，以電機(jī)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(jìn)行研究及對(duì)比試驗(yàn)，并在直角坐標(biāo)平臺(tái)上，對(duì)于位置反饋，采用經(jīng)典 PID控制進(jìn)行了正弦軌跡及“小人”軌跡的軌跡跟蹤實(shí)況試驗(yàn)。在經(jīng)典PID