五自由度教學(xué)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在機(jī)器人的研究領(lǐng)域中，如何有效地提高機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學(xué)者十分關(guān)注的一個(gè)重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程和機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標(biāo)是建立一個(gè)新型全數(shù)字的基于ATmage128和FPGA的機(jī)器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)五自由度教學(xué)機(jī)器人的精確控制。 本文分析了所研究的五自由度教學(xué)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)。在明確了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精確位置伺服控制的控制原理后，在分析對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的諸多可行

2、性方案的基礎(chǔ)上，確定采用了兩級(jí)CPU控制體系結(jié)構(gòu)：第一級(jí)CPU為上位計(jì)算機(jī)，它實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機(jī)器人實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃等控制算法的運(yùn)算；第二級(jí)CPU為高性能的ATmega128處理器，輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人多個(gè)關(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動(dòng)；采用串口實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機(jī)器人系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩

3、個(gè)部分：一是采用VC++實(shí)現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)機(jī)器人實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃等控制算法的運(yùn)算，同時(shí)完成用戶(hù)與機(jī)器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS Ⅱ?qū)崿F(xiàn)的下位機(jī)控制程序，它主要負(fù)責(zé)接收上位監(jiān)控系統(tǒng)的命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)的向上位監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)器人反饋的當(dāng)前狀態(tài)信息。 研究開(kāi)發(fā)出的五自由度教學(xué)機(jī)器人控制器具有控制實(shí)時(shí)性好、定位精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，它允許用戶(hù)通過(guò)上位控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人