FPGA在嵌入式噴涂機(jī)器人控制器中的應(yīng)用與研發(fā).pdf

1、噴涂是現(xiàn)今許多行業(yè)中應(yīng)用最普遍的一種涂裝方式，隨著越來(lái)越多的行業(yè)對(duì)噴涂質(zhì)量、效率、復(fù)雜性和多樣性提出了相對(duì)更高的要求，傳統(tǒng)的手工噴涂作業(yè)和自動(dòng)噴涂機(jī)已經(jīng)不能滿足需要。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)代噴涂作業(yè)中機(jī)器人噴涂已經(jīng)越來(lái)越成為一種趨勢(shì)。國(guó)外機(jī)器人噴涂技術(shù)較為成熟，其研究工作早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開(kāi)始，目前的噴涂機(jī)器人市場(chǎng)依然由國(guó)外公司的機(jī)器人品牌主導(dǎo)，如德國(guó)的KUKA公司、瑞典的ABB公司、日本的FANUC公司和MOTOMA

2、N公司等。而國(guó)內(nèi)對(duì)噴涂機(jī)器人的研究起步較晚，技術(shù)相對(duì)國(guó)外較為落后，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)廠家還沒(méi)有完全意義上具有獨(dú)立生產(chǎn)噴涂機(jī)器人的能力。
　　針對(duì)國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)器人噴涂行業(yè)的市場(chǎng)需求，立足國(guó)內(nèi)噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)水平，在借鑒國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前一線噴涂工人的機(jī)器人操作水平。本課題提出一種以伺服力矩控制提供助力，克服機(jī)器人示教慣性負(fù)載和各關(guān)節(jié)阻尼力的思路，設(shè)計(jì)一款基于OMAPL138異構(gòu)雙核處理器+FPGA的嵌入式直接示教噴涂機(jī)器人控制器。本文結(jié)合嵌

3、入式直接示教噴涂機(jī)器人控制器的功能層次劃分，重點(diǎn)針對(duì)FPGA在控制器的應(yīng)用，研究了控制器的總體方案、軟件平臺(tái)搭建、硬件電路設(shè)計(jì)和基于FPGA的設(shè)備層控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　針對(duì)機(jī)器人控制器的功能需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，將控制器劃分為界面層、控制層和設(shè)備層三個(gè)層次。控制器中OMAPL138的ARM內(nèi)核負(fù)責(zé)與機(jī)器人操作界面通訊和系統(tǒng)管理；DSP內(nèi)核負(fù)責(zé)機(jī)器人坐標(biāo)變換、關(guān)節(jié)插補(bǔ)、采樣信息處理和助力算法等；FPGA負(fù)責(zé)機(jī)器人設(shè)備的控制與檢測(cè)。并

4、分析了基于OMAPL138+FPGA的噴涂機(jī)器人控制器總體設(shè)計(jì)方案，以及控制器的硬件、軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。
　　結(jié)合基于OMAPL138+FPGA的噴涂機(jī)器人控制器硬件結(jié)構(gòu)布局以及電源規(guī)劃和設(shè)計(jì)，介紹了OMAPL138核心板的硬件資源，重點(diǎn)闡述FPGA擴(kuò)展底板和端子板的電路設(shè)計(jì)。并針對(duì)OMAPL138與FPGA之間的通訊接口方案，分析了基于EMIFA總線通訊的硬件電路，設(shè)計(jì)出基于FPGA的FIFO實(shí)現(xiàn)與OMAPL138的EMIFA通訊

5、。
　　針對(duì)伺服的信號(hào)采樣、位置/力矩控制和切換，以及I/O設(shè)備信號(hào)的檢測(cè)和控制，研究了基于FPGA的噴涂機(jī)器人控制器軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括增量型脈沖采樣模塊、DAC控制器、數(shù)字/脈沖轉(zhuǎn)換模塊和I/O監(jiān)控模塊，為實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)器人噴涂示教、助力和再現(xiàn)提供底層支撐。
　　最后，進(jìn)行噴涂機(jī)器人控制器功能測(cè)試，并通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行工件試噴涂，以驗(yàn)證控制器是否可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人噴涂示教和再現(xiàn)功能，以及能否達(dá)到預(yù)期的噴涂效果。目前，經(jīng)過(guò)功能測(cè)試驗(yàn)證