六自由度教学机器人控制系统设计及实验研究

论文摘要

近些年来,机器人技术发展十分迅速,机器人在工业、农业、服务、医疗、军事等领域获得了广泛应用。随着国民经济的快速发展,我国需要大量的机器人技术方面的人才,培养机器人的设计、开发、生产、维护等方面的人才显得十分重要。本文旨在设计六自由度教学机器人控制系统,并对教学机器人性能进行实验研究。论文首先介绍了机器人的国内外发展概况,并着重阐述了国内外教学机器人的研究和发展情况。针对教学机器人的特点,对教学机器人控制系统总体方案进行设计,采用分布式控制系统,上位机采用通用PC机,下位机采用单片机AT89C52,上位机和下位机的通讯采用CAN总线。设计了由以专用运动控制芯片LM629为核心的运动控制模块、以功率驱动芯片LMD18200为核心的驱动模块、以CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器82C250为核心的通讯模块构成的硬件电路,设计的硬件电路能实现机器人高精度位置控制。设计了基于Visual C++6.0的上位机软件和基于C语言的下位机软件。针对CAN总线通讯系统的特点,制定了通讯系统协议,完成了通讯系统软件的设计。控制系统软件实现了对教学机器人单关节控制、多关节联动控制和示教再现控制。建立了教学机器人实验系统,进行数据通信实验,关节运动特性实验和示教再现实验,并对实验结果进行分析研究。结果显示,本教学机器人运动平稳,设计的机器人控制系统控制精度高,并具有良好的示教功能,可满足教学机器人教学实验要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究意义
• 1.2 国内外机器人相关技术的发展概况
• 1.2.1 国外机器人技术发展概况
• 1.2.2 我国机器人技术及发展概况
• 1.3 国内外教学机器人的发展概况
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 控制系统的总体方案设计
• 2.1 机器人机械本体介绍
• 2.2 机器人控制系统的结构
• 2.3 机器人控制系统功能
• 2.4 上位机控制系统设计
• 2.5 下位机控制系统设计
• 2.6 通讯系统的设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 控制系统的硬件设计与实现
• 3.1 运动控制模块
• 3.2 功率驱动模块
• 3.2.1 直流电机的PWM调速原理
• 3.2.2 功率驱动芯片
• 3.2.3 伺服系统硬件电路图
• 3.3 通讯模块
• 3.3.1 CAN总线介绍
• 3.3.2 CAN总线控制器
• 3.3.3 CAN总线驱动器
• 3.3.4 PCI-9820双路非智能CAN接口卡
• 3.3.5 通讯模块的硬件电路图
• 3.4 控制系统的硬件实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制系统的软件设计与实现
• 4.1 控制系统软件总体结构
• 4.2 上位机软件设计
• 4.2.1 事件管理模块
• 4.2.2 通讯模块
• 4.2.3 单关节控制模块
• 4.2.4 多关节联动控制模块
• 4.2.5 三维运动仿真模块
• 4.2.6 示教再现功能模块
• 4.2.7 数据管理模块
• 4.2.8 显示模块
• 4.2.9 帮助模块
• 4.3 下位机软件设计
• 4.3.1 忙状态检测
• 4.3.2 初始化程序
• 4.3.3 LM629读写数据程序
• 4.3.4 PID参数编程
• 4.3.5 设定轨迹参数程序
• 4.4 通讯系统软件设计
• 4.4.1 CAN总线数据协议设定
• 4.4.2 初始化程序
• 4.4.3 报文的发送和接受程序
• 4.5 本章小结
• 第5章 教学机器人实验研究
• 5.1 教学机器人实验平台简介
• 5.2 数据通信实验
• 5.3 关节运动特性实验
• 5.4 示教再现实验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢