| 【中文题名】 | 五自由度教学机器人控制系统设计及实验研究 |
| 【英文题名】 | Research on Control System and Experiment of Five Dof Multi-joints Teach-Robot |
| 【学科专业】 | 机械电子工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-21 |
| 【中关键词】 | 教学机器人,多自由度伺服控制器,实时操作系统,ATmega128,, |
| 【英关键词】 | teach-robot,numerous DC servomotor control,RTOS,ATmega128, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
在机器人的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是建立一个新型全数字的基于ATmage128和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对五自由度教学机器人的精确控制。
本论文分析了所研究的五自由度教学机器人的本体结构。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，在分析对机器人控制系统的诸多可行性方案的基础上，确定采用了两级CPU控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的ATmega128处理器，辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；采用串口实现上位计算机与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。
机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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Abstract |
6-9 |
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第1章 绪论 |
9-15 |
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1.1 本文选题目的及意义 |
9-10 |
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1.2 国内外研究现状及分析 |
10-14 |
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1.2.1 工业机器人的发展情况 |
10 |
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1.2.2 国外发展现状 |
10-12 |
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1.2.3 国内发展现状 |
12-14 |
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1.3 论文主要工作内容 |
14-15 |
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第2章 机器人的系统方案设计 |
15-24 |
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2.1 机械结构方案 |
15-19 |
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2.1.1 坐标形式 |
15-18 |
|
2.1.2 驱动方案 |
18-19 |
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2.2 控制系统方案 |
19-23 |
|
2.2.1 控制方式 |
19-22 |
|
2.2.2 工作原理 |
22-23 |
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2.3 本章小结 |
23-24 |
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第3章 控制系统的硬件设计 |
24-44 |
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3.1 功率放大模块的设计 |
24-27 |
|
3.1.1 PWM电机驱动电路设计 |
25-26 |
|
3.1.2 电流保护电路设计 |
26-27 |
|
3.2 基于FPGA的电机伺服模块的设计 |
27-38 |
|
3.2.1 正交编码器接口的设计 |
31-33 |
|
3.2.2 多路中断控制器的设计 |
33-34 |
|
3.2.3 多路I/O控制器的设计 |
34-35 |
|
3.2.4 FPGA与单片机之间的接口设计 |
35-38 |
|
3.3 主单片机控制系统的设计 |
38-43 |
|
3.3.1 电源及复位电路的设计 |
39-40 |
|
3.3.2 主单片机与FPGA的接口设计 |
40-41 |
|
3.3.3 通讯电路设计 |
41 |
|
3.3.4 存储器扩展 |
41-42 |
|
3.3.5 AD采样电路设计 |
42-43 |
|
3.4 本章小结 |
43-44 |
|
第4章 控制系统的软计设计 |
44-65 |
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4.1 数字PID控制 |
44-48 |
|
4.1.1 PID控制原理 |
44-46 |
|
4.1.2 PID的程序流程 |
46-48 |
|
4.2 uC/OS Ⅱ实时操作系统框架的构造 |
48-61 |
|
4.2.1 uC/OS Ⅱ在ATMegal28上的移植 |
50-57 |
|
4.2.2 任务的分配与构造 |
57-60 |
|
4.2.3 性能的总体评价 |
60-61 |
|
4.3 通讯协议的设计 |
61-64 |
|
4.3.1 通讯协议的要求 |
61-62 |
|
4.3.2 通讯协议的建立 |
62-64 |
|
4.4 本章小结 |
64-65 |
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第5章 样机的研制及实验研究 |
65-76 |
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5.1 控制系统软硬件调试 |
65-73 |
|
5.1.1 FPGA的调试 |
65-67 |
|
5.1.2 单片机总体硬件的调试 |
67-68 |
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5.1.3 uC/OS Ⅱ的软件调试 |
68-69 |
|
5.1.4 控制系统的性能调试 |
69-73 |
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5.2 五自由度教学机器人示教再现实验 |
73-75 |
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5.3 本章小结 |
75-76 |
|
结论 |
76-77 |
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参考文献 |
77-81 |
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攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
81-82 |
|
致谢 |
82 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.384833 |
