CPAC系统设计及其在六自由度工业机器人控制上的应用

论文摘要

工业机器人控制技术,经过十几年的实验研究已经有了长足的进步,它是涉及到机器人技术,机械优化技术,运动控制技术,机器视觉等多学科的机电一体化产品。目前主流的机器人控制器都是基于PLC控制的专用系统,因此很多研究人员选择开放式结构的个人PC作为机器人的控制器来取代黑盒子,可是个人PC的弊端在于它并不是一个专用的控制器,不具有实时性,研究个人PC开放式机器人控制系统成为热点。在本文中,作者首先针对前面介绍的现状提出了计算机可编程自动化控制器（CPAC）的解决方案,该架构是基于IEC61131-3编程下面向工业机器人控制的实时控制器。此前,IEC61131-3的应用在工业机器人控制领域还是个空白。其次,作者对六自由度工业机器人进行了运动学建模,并采用最小二乘法辨识了关节的动力学模型,设计了PID控制器。作者将成熟的机器人基于时间的雅可比叠代算法实现,并控制六自由度工业机器人。本论文的主要贡献是通过基于时间的跟踪算法在六自由度工业机器人上试验,对比了CPAC与PC两种控制平台的性能。最后给出了仿真结果和实验结果,证明CPAC在通用的六自由度工业机器人上的应用具有很好的效果。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• Acknowledgements
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 Traditional Controllers History
• 1.1.1 IEC61131-3 standardization
• 1.1.2 Soft PLC technology
• 1.1.3 High performance motion control
• 1.1.4 Key terms
• 1.2 An Overview of 6-DOF Industrial Manipulation
• 1.2.1 Brief history of robotic manipulators
• 1.2.2 Specialized robotic manipulation today
• 1.3 CPAC - A Unified Control System Architecture for 6-DOF Industrial Manipulation
• 1.4 Organization of the Dissertation
• Chapter 2 Kinematics Analysis
• 2.1 Mathematics and Geometry of SE（3） Rigid Body Motion
• 2.2 Representation of Rigid Body Velocities
• 2.3 6-DOF Robotic Manipulator Kinematics
• 2.3.1 Forward kinematics
• 2.3.2 The manipulator jacobian
• 2.3.3 Inverse kinematics via jacobian interpolation
• 2.4 Conclusion
• Chapter 3 CPAC Structure and Configuration
• 3.1 CPAC Hardware Configuration and Design
• 3.2 CPAC Software Platform Development
• 3.3 Introduction to CoDeSys
• 3.4 Evaluation of CPAC Platform
• 3.4.1 Real-time experiment of CPAC
• 3.4.2 Motion control function block design
• 3.5 Conclusion
• Chapter 4 Trajectory Planning, Control and Experiment in CPAC
• 4.1 Point to Point Motion
• 4.1.1 Velocity scheduling
• 4.1.2 Servo control
• 4.2 Path Motion
• 4.3 Experiment of CPAC, and Comparison with PC Based Ap- proach
• 4.4 Conclusion
• Chapter 5 Conclusions
• 5.1 Summary
• 5.2 Further Work
• References
• Publications