臺式機器人運動控制算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著電子技術、自動化控制和計算機應用的發(fā)展,臺式機器人的運動控制不斷向著高精度、高速度、微型化、智能化和通用化方向發(fā)展。目前,以數(shù)字信號處理器(DSP)和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)為核心的運動控制方案己成為運動控制方案的發(fā)展趨勢。它結合了 DSP強大的數(shù)據(jù)計算能力和FPGA的邏輯運算能力,具有數(shù)據(jù)處理能力強、可擴展能力強、通用性好、運動控制性能強的特點。
　　本文在分析對比基于不同硬件平臺、不同算法設計方案的臺式機器人運動控

2、制系統(tǒng)的基礎上，確定了基于異構多核的算法設計方案。針對異構多核的結構特點，分析并給出了臺式機器人運動控制算法任務的分配策略。重點研究了包括插補算法、位置控制算法和速度規(guī)劃算法在內的臺式機器人運動控制核心算法以及在實現(xiàn)過程中的關鍵技術點。
　　在插補算法方面，采用DSP+FPGA兩級插補，DSP實現(xiàn)軟件粗插補，F(xiàn)PGA實現(xiàn)硬件精插補，充分發(fā)揮軟硬件性能，提高插補效率；設計和實現(xiàn)了平面及空間的直線插補及圓弧插補；采用極坐標系、以步距角

3、為進給量實現(xiàn)圓弧粗插補，簡化了圓弧插補的過象限處理。
　　在位置控制算法方面，針對臺式機器人在高速度、短行程運動過程中產(chǎn)生的振動和強烈沖擊，會對系統(tǒng)造成較強干擾等因素。提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡自抗擾控制對臺式機器人進行位置伺服控制，提高了位置控制的精度和動態(tài)響應特性，且具有較好的抗干擾能力。
　　在速度規(guī)劃算法方面，針對常用的多項式 T形、S形曲線加減速計算量較大，不適合于臺式機器人插補運動控制高速計算的要求。提出了基于數(shù)字卷

4、積方式的加減速控制，其適合于高速計算的要求，可以避免預測減速點，極大的減少計算負擔提高了效率，能夠快速實現(xiàn)速度規(guī)劃，速度曲線平滑。
　　在設計實現(xiàn)過程中，將精插補模塊、位置計數(shù)模塊、I/O信號處理、編碼反饋信號處理模塊和雙端口 RAM等功能模塊以及基于數(shù)字卷積的梯形速度控制算法和S形速度控制算法使用單片 FPGA來進行硬件實現(xiàn)。在DSPF28M35中采用C語言分別實現(xiàn)了基于時間分割的粗插補算法、速度數(shù)據(jù)的計算及位置控制算法。