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基于ARM处理器的钻孔机械臂控制系统研究

2020-12-09阅读(925)

基于ARM处理器的钻孔机械臂控制系统研究

论文摘要

工业机械臂是近代自动控制领域中出现的一项新技术,作为多学科融合的边沿学科,它是当今高技术发展最快的领域之一,并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。所谓工业机械臂是一种能按给定的程序或要求自动完成物件（如材料、工件、零件或工具等）传送或操作作业的机械装置,它能部分地代替人的手工劳动。较高级型式的机械臂,还能模拟人的手臂动作,完成较复杂的作业。本课题所研究的机械臂是用于在工业生产上钻孔的机械设备。它可根据预先给定的任务,用编程的方式规定好机械臂要行进的路线,自动完成其行为控制,完成整个生产过程中的钻孔工作。本论文中的主要工作涉及以下方面:（1）以钻孔机械臂为研究对象,进行了以LPC2138为主控制器的嵌入式系统硬件平台设计,以及LPC2138与伺服驱动电路、液晶显示电路、键盘扫描电路等的接口设计,且着重对机械臂执行机构交流伺服电机的驱动进行了设计研究;（2）针对μC/OS-II操作系统精小、稳定、可靠、易移植等特点,对μC/OS- II操作系统进行修改,并移植到主控制系统的处理器中。在操作系统之上,将机械臂的任务模块划分为:主程序模块、键盘扫描和液晶显示任务模块、传感器采集和控制信号发送任务模块、脉冲指令与方向信号发送任务模块,并设计出应用程序,将各部分整合到一起完成机械臂定位和钻孔工作。（3）论文中应用模糊控制算法,用于控制和调节机械臂的钻孔工作。且对常规PID控制与模糊控制进行了仿真对比,选择了最优控制方案,使系统提升钻孔定位的响应时间,快速到达钻孔的目标,同时移动速度快且不超调。在论文的最后,给予了简要的总结和展望。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 机械臂的概述
  • 1.2 机械臂的组成与分类
  • 1.2.1 机械臂的组成
  • 1.2.2 机械臂的分类
  • 1.3 机械臂的应用简况和意义
  • 1.3.1 机械臂的应用简况
  • 1.3.2 机械臂的应用意义
  • 1.4 机械臂的发展情况与发展趋势
  • 1.4.1 机械臂的发展情况
  • 1.4.2 机械臂的发展趋势
  • 1.5 嵌入式系统在机械臂领域的应用现状
  • 1.5.1 嵌入式系统简介
  • 1.5.2 嵌入式系统在机械臂中的应用
  • 1.6 智能模糊控制在工业机械臂中的应用
  • 1.7 本课题主要研究内容
  • 1.8 本文各章内容安排
  • 第二章 钻孔机械臂控制系统总体设计
  • 2.1 系统设计要求及设计方案的选择
  • 2.2 机械臂功能设计
  • 2.3 系统总体设计流程框图
  • 2.4 系统硬件电路
  • 2.5 软件设计流程框图
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 本系统位置控制与智能控制
  • 3.1 常规PID 控制原理
  • 3.1.1 PID 控制器参数对控制性能的影响
  • 3.1.2 数字PID 控制技术
  • 3.2 模糊控制原理
  • 3.3 MATLAB 模糊逻辑工具箱
  • 3.3.1 模糊控制器与Simulink 的连接
  • 3.4 理想定位过程理论分析和实际算法
  • 3.4.1 理想定位过程理论分析
  • 3.4.2 在允许精度内进行轴的定位控制
  • 3.4.3 定位控制算法在C 语言中的实现
  • 3.5 模糊控制算法在ARM 控制系统中的实现
  • 3.5.1 输入量模糊化
  • 3.5.2 建立机械臂模糊控制规则表
  • 3.5.3 模糊规则的制定和解模糊化输出
  • 3.6 C 语言实现模糊控制规则
  • 3.7 模糊控制与常规PID 的仿真结果分析
  • 3.8 本章小结
  • 第四章 钻孔机械臂控制系统硬件设计与实现
  • 4.1 LPC2138 处理器
  • 4.2 机械臂电气部分设计
  • 4.2.1 机械臂的组成
  • 4.3 电机运动控制系统设计
  • 4.4 本系统伺服系统的分析与研究
  • 4.4.1 伺服电机工作原理及其选择
  • 4.4.2 MINAS-A 系列交流系统原理、特点及操作
  • 4.4.3 伺服电机与LPC2138 的连接
  • 4.5 气动系统分析
  • 4.5.1 气动工作原理
  • 4.6 传感器模块
  • 4.7 系统电源模块设计
  • 4.8 键盘显示电路
  • 4.9 液晶显示电路
  • 4.10 串口通信电路
  • 4.11 系统总电路连接图
  • 4.12 本章小结
  • 第五章 钻孔机械臂控制系统软件设计与实现
  • 5.1 软件系统的基本要求
  • 5.2 开发环境的选择
  • 5.3 操作系统的选择
  • 5.3.1 μC/OS-II 的简介
  • 5.3.2 μC/OS-II 的文件体系结构
  • 5.4 μC/OS-II 操作系统在ARM7 处理器上的移植
  • 5.4.1 操作系统移植的条件
  • 5.4.2 操作系统移植的过程
  • 5.5 μC/OS-II 中任务的划分
  • 5.5.1 任务划分的目标和方法以及任务状态
  • 5.6 程序设计总体方案
  • 5.6.1 本系统任务的划分
  • 5.6.2 主函数的设计
  • 5.6.3 键盘扫描和液晶显示任务的设计
  • 5.6.4 传感器信号采集和发出控制信号任务的设计
  • 5.6.5 脉冲指令发送任务的设计
  • 5.6.6 串口中断处理函数的设计
  • 5.7 程序主窗口
  • 5.8 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 总体电路图
  • 附录B PCB 图
  • 附录C 实物图
  • 个人简介
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况

    • 相关论文文献

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