基于現(xiàn)場總線的開放式多軸運(yùn)動控制器設(shè)計.pdf

1、在我國工業(yè)自動化水平不斷提高的大背景下,工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)總量也逐年增長,在廣大工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場得到了良好的應(yīng)用。根據(jù)權(quán)威預(yù)測,國內(nèi)機(jī)器人安裝量將以每年25％的速度遞增。運(yùn)動控制器作為工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的核心,在現(xiàn)代工業(yè)控制中的作用日益增大,其性能直接關(guān)系到被控對象的工作性能和工作效率。
　　 基于實(shí)驗室自主研發(fā)的“錢江一號”6自由度弧焊機(jī)器人這一實(shí)驗平臺,以及劉華山、吳劍波等人關(guān)于多軸運(yùn)動控制器的先期工作之上,本課題旨在引入

2、工業(yè)現(xiàn)場總線這一通信方式來設(shè)計新一款多軸運(yùn)動控制器,利用其高通用性和高可靠性的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的運(yùn)動控制器向高開放性和模塊化設(shè)計方向升級。不僅實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人焊接過程中實(shí)時軌跡規(guī)劃以及六個關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動作,還能夠通過板卡疊加而向更多軸數(shù)控制方向的擴(kuò)展。從長期來看,具有現(xiàn)場總線通信模塊的多軸運(yùn)動控制器可以勝任多機(jī)實(shí)時交互式通信,從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場多機(jī)協(xié)同作業(yè)的功能。
　　 本文對于該新一代運(yùn)動控制器,在充分調(diào)研國內(nèi)外同產(chǎn)品通用設(shè)計架構(gòu)的前提

3、下,確定PC機(jī)+控制器的總體設(shè)計方案。控制器依然采用DSP作為主控單元,輔以CPLD最終完成多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動?？刂七^程中,依靠DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行電機(jī)控制,CPLD進(jìn)行相關(guān)的邏輯控制和I/O擴(kuò)展。通過總線調(diào)研,選用具有高兼容性和高可靠性的CAN(Controller Area Network)現(xiàn)場總線作為多軸運(yùn)動控制器板卡和PC機(jī)通信媒介,所有實(shí)時數(shù)據(jù)和控制指令通過CAN現(xiàn)場總線傳輸,完全能夠滿足其傳輸?shù)乃俾屎头€(wěn)定性要求。
　

4、　 伺服電機(jī)控制方面,論文在簡要介紹伺服電機(jī)控制模式后,確定控制器采用速度控制模式。并就電機(jī)控制策略上,針對機(jī)器人系統(tǒng)在僅有位置傳感、驅(qū)動器飽和、存在建模不確定性及干擾等條件下的軌跡跟蹤控制問題,提出了一種新的自適應(yīng)PID控制方案。通過仿真結(jié)果比較得出該方案在系統(tǒng)具有干擾和不確定性因素下具有良好的控制性能。
　　 軟件上,完成對運(yùn)動控制器功能的實(shí)現(xiàn),包括CAN現(xiàn)場總線的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn);PC上位機(jī)操作界面的擴(kuò)展性設(shè)計;以及運(yùn)動控制