摘要
机器人学综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果,代表了机电一体化的最高成就,因此对机器人的教学,无论对于机电一体化的学习还是机器人的普及都有着重要的意义。本文的研究内容是针对Cincinnati T3-746工业机器人设计一套开放性好,成本低廉的机电一体化控制系统,并在此平台上,开发一系列演示实验,供机器人教学使用。
本文首先对Cincinnati T3-746机器人进行了运动学和动力学建模,针对控制模型对控制系统实时性的要求,并结合控制系统开放性的思想,提出了可能的软件实现和硬件实现方案。在此基础上,针对本机器人提出了PC机+接口卡+多DSP的新型硬件结构方案。
结合机器人本身的驱动系统和传感器,设计了具有RS485通信功能、4路PWM输出以及旋转变压器模数转换功能的单轴伺服运动控制卡;利用XR17D158芯片设计了PCI-485接口卡,并在DriverSudio环境下开发出了它的设备驱动程序。
机器人低速平稳运行时,惯性力、离心力和哥氏力可忽略不计,此时机器人动态性能和稳定性主要受重力和摩擦力等的影响。本文详细分析了各关节在运动过程中重力矩和摩擦力矩的变化规律,设计了对应的重力补偿器和摩擦力矩补偿器。在此基础上,设计了PD控制器完成位置闭环伺服控制功能。最后通过点位控制实验,验证了控制系统硬件和底层伺服控制软件的正确性。
Robotics synthesis the newest research results of mechanics , electronics, computer science,automatic control engineering,artificial intelligence,bionics and so on.It represents the most advanced achievements of electromechanics.So robot teaching is important for both education of electromechanics and popularization of robot.Based on Cincinnati T3-746 industry robot , the dissertation designs a well open and economic electromechanical control system,and on this platform develops a series of experiments for teaching.
The kinematic and dynamic model of Cincinnati T3-746 is made , and the possible software and hardware scheme are proposed under the demand of real-time and well opening. Then a new hardware scheme:PC+interface board+DSP is determined.
According to the robot’s drive system and sensors, single axis motion control card is designed . The motion control card contains RS485 communication module, four pwm outputs and resolver-digitial convertor. Then the PCI-485 interface card is designed using XR17D158, and its WDM device driver is developed with DriverStudio.
When the robot moving slowly and placidly , its inertia force, centrifugal force and coriolis force can be ignored, so its dynamic performance and stability are determined mainly by its gravity and friction. Thus the gravity and friction of every joint are particluarly analyzed, and then the corresponding compensators are designed. On that basis, the PD controller is designed to complete position control.
Finally the point to point experiment is made successfully and thus proved the validity of the hardware and bottom software.
引文
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