6PUS-UPS并联机器人控制系统开发与实验研究

论文摘要

并联机器人是近几十年发展起来的新型机器,它以刚度高、承载能力强、误差小、精度高等优点受到了广泛的关注,成为了新的研究热点。开放式数控系统是当今数控技术发展的主要方向。其中“嵌入式NC”模式的双CPU数控系统是一种简单、迅速而且便于用户开发的全方位的开放式结构体系。本文采用了美国Delta Tau公司生产的多轴运动控制器PMAC作为控制主体,基于“IPC+PMAC”的模式,构建了一个开放式的并联机器人控制系统。基于Windows平台开发的控制软件,采用功能模块化设计方法,实现了6PUS-UPS并联机器人的基本控制功能。首先建立相应的坐标系,将末端执行器数据转化为动平台位姿,基于运动学反解对并联机器人的轨迹进行规划,然后应用ADAMS软件建立了并联机器人的虚拟样机,对并联机器人的反解模型进行了正确性验证,为软件控制打下了良好的基础。密切结合研制和开发6PUS-UPS并联机器人的需要,本文介绍了基于“IPC+PMAC”开放式并联机器人数控系统的总体硬件结构;基于模块化思想,采用Visual C++编程语言对控制软件进行了功能开发,对主要功能模块进行了详细的介绍。最后根据需要,对整个控制系统进行了调试运行,做了相关实验。并联机器人在实验过程中运动平稳,可操作性好,噪音低,振动小,由实验结果得到并联机器人的定位精度,验证该机构反解模型和插补算法的正确性,控制系统软、硬件的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 并联机器人发展概述
• 1.2 并联机器人的特点和应用
• 1.2.1 并联机器人的特点
• 1.2.2 并联机器人的应用方向
• 1.3 开放式数控系统的发展现状
• 1.3.1 数控系统的开放性
• 1.3.2 基于PC 机的开放式数控系统
• 1.4 课题研究意义和研究内容
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第2章 运动学分析与轨迹规划
• 2.1 机构介绍
• 2.2 并联机构运动控制的基本原理
• 2.3 6PUS-UPS 并联机构的坐标系设置
• 2.4 末端执行器数据转化为动平台位姿
• 2.5 并联机器人轨迹规划与仿真
• 2.5.1 机构的运动学反解分析
• 2.5.2 基于位置反解的运动轨迹规划及验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 控制系统的硬件体系结构设计
• 3.1 概述
• 3.2 控制系统的逻辑结构
• 3.3 控制系统的组成及工作原理
• 3.4 控制系统的硬件结构性能介绍
• 3.4.1 PMAC（Program Multiple Axis controller）
• 3.4.2 双端口RAM（Dual Ported RAM）
• 3.4.3 接口板ACC-34AA
• 3.4.4 接口板ACC-8E
• 3.4.5 接口板 ACC-8S
• 3.4.6 交流伺服系统
• 3.4.7 光栅尺的选型
• 3.5 安全功能设置
• 3.6 本章小结
• 第4章 控制系统软件界面和功能模块的实现
• 4.1 编程环境介绍
• 4.1.1 Visual C++ 6.0 介绍
• 4.1.2 PMAC 的库函数
• 4.1.3 上位机软件与PMAC 卡的通讯设置
• 4.2 系统软件总体结构设计
• 4.2.1 软件设计功能要求
• 4.2.2 软件总体结构设计
• 4.3 人机界面设计
• 4.4 控制系统功能模块开发
• 4.4.1 程序主要功能流程设计
• 4.4.2 自动控制模块
• 4.4.3 手动控制模块
• 4.4.4 回零模块
• 4.4.5 参数设置模块
• 4.4.6 相关信息显示模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 并联机器人系统调试与实验分析
• 5.1 概述
• 5.2 控制系统初步调试
• 5.3 PID 伺服控制调节
• 5.3.1 PID 滤波器工作原理与算法
• 5.3.2 PID 参数的整定
• 5.4 并联机器人联动实验
• 5.4.1 动平台画五角星实验
• 5.4.2 动平台走圆实验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介