论文摘要
焊接机器人是提高生产效率,改善焊接质量的重要工具。而多轴运动控制器是焊接机器人控制系统的核心,其性能直接影响焊接机器人的工作性能和焊接质量。针对目前市场上的控制器开放性差、扩展性差等缺点,结合焊接机器人工作性能的要求,本文设计了开放式的多轴运动控制器,可以实现机器人六关节的协调控制和精确的轨迹控制,并具有良好的实时控制性能,较高的运动控制精度,和良好的可升级性和可扩展性,因此在一定程度上提高了焊接机器人的性能。本文对运动控制技术中的插补算法和加减速控制进行了论述,对二维空间的直线插补和圆弧插补算法,UNRBS插补算法,直线加减速,指数加减速,S曲线加减速进行了理论研究;并结合本课题对交流伺服系统的控制方法加以研究,为多轴控制器的硬件和软件设计提供的理论指导。通过对多轴运动控制器常用的设计方案分析比较后,本文最终确定了多轴运动控制器的“DSP+CPLD+PCI”的硬件结构。PCI总线具有一系列优点,能满足运动控制器与PC机大量的数据交换要求;DSP作为多轴运动控制器的核心,在数据处理方面具有优越的性能,可以实现复杂的运动轨迹规划和先进的控制算法;由于硬件组成上使用了复杂可编程逻辑阵列（CPLD）,使该硬件系统集成度更高,可靠性更好,也便于多轴控制器的开发和扩展。在软件方面,对基于Windows 2000操作系统环境下WDM驱动程序的结构特点和运行机制进行了分析,运用DriverStudio驱动集成开发环境,编写了多轴运动控制器的驱动程序,对PCI驱动程序的开发方法和关键技术进行了论述,并给出驱动程序的调试方法和安装过程。
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致谢摘要ABSTRACT目录1 绪论1.1 引言1.2 运动控制器概述1.2.1 运动控制器的分类1.2.2 运动控制器的实现方案1.2.3 运动控制器的国内外研究现状1.2.4 目前运动控制器的不足1.2.5 运动控制器的发展趋势1.3 课题来源及研究内容1.3.1 课题的来源1.3.2 课题的研究目的和意义1.3.3 课题的研究内容1.4 本章小结2 运动控制器中的运动控制关键技术研究2.1 运动控制技术概述2.2 运动控制中的插补技术研究2.2.1 数据采样插补原理2.2.2 NURBS曲线插补算法2.3 运动控制中的速度控制技术研究2.3.1 直线加减速2.3.2 指数加减速2.3.3 S曲线加减速2.4 交流伺服系统控制原理2.4.1 交流伺服系统的组成2.4.2 伺服系统的控制模式2.4.3 本课题伺服电机控制系统介绍2.4.4 伺服电机的PID调节方案设计2.5 本章小结3 多轴运动控制器硬件电路设计3.1 硬件总体结构及模块划分3.2 DSP最小系统及外围辅助电路设计3.2.1 TMS320F2812数字处理器的功能特点3.2.2 JTAG接口电路3.2.3 DSP电源电路3.2.4 时钟基准3.2.5 DSP外扩存储器电路3.3 DSP与PC机的PCI总线电路设计3.3.1 PCI总线简介及接口芯片选择3.3.2 基于双端口RAM的PCI-DSP通讯电路设计3.3.3 PCI9052的配置3.3.4 PCI总线电路设计要点总结3.4 CPLD内部电路设计3.5 输入输出信号处理电路设计3.5.1 串行通讯电路3.5.2 PWM波产生电路3.5.3 伺服电机编码器反馈输入处理电路3.5.4 输入、输出信号的抗干扰电路和电平转换电路设计3.6 本章小结4 WIN2000下多轴运动控制器WDM驱动程序开发4.1 驱动程序模型和开发工具的选择4.1.1 开发环境的选择4.1.2 开发环境的建立4.2 WIN2000操作系统及WDM驱动程序概述4.2.1 Windows 2000概述4.2.2 WDM驱动程序的层次模型4.2.3 WDM驱动程序的基本结构4.3 基于PCI总线多轴运动控制器WDM驱动程序设计4.3.1 PCI设备驱动程序的特点4.3.2 多轴运动控制器驱动程序设计4.3.3 动态链接库编程4.3.4 应用程序访问运动控制器4.4 多轴运动控制器驱动程序的调试4.5 多轴运动控制器驱动程序的安装4.6 本章小结5 多轴运动控制器的硬件系统调试5.1 硬件系统调试5.1.1 存储器的测试5.1.2 DAC模块的测试5.1.3 串口的测试5.2 本章小结6 总结与展望参考文献攻读学位期间发表的学术论文
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