基于EtherCAT通信協(xié)議的多自由度機(jī)器人控制仿真系統(tǒng).pdf

1、工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。由于生產(chǎn)加工業(yè)向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用行業(yè)和范圍一直在延伸，在人們的生活和生產(chǎn)中發(fā)揮了不可替代的作用。然而，用于高校的教學(xué)和培訓(xùn)的實(shí)體機(jī)器人卻少之又少，不能滿足學(xué)生對(duì)實(shí)體機(jī)器人操作的需求，這將影響高校開設(shè)機(jī)器人課程的教學(xué)效果?；谶@種情況，對(duì)機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)就顯得非常的關(guān)鍵。
　　本研究結(jié)合實(shí)際工業(yè)機(jī)器人教學(xué)培訓(xùn)的需求，闡述了研究的背景以及國內(nèi)

2、外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，并且論述了機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和研究的意義。分析研究了一種開放性的、國際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EtherCAT通信協(xié)議在機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法，通過搭建主從站、以及利用數(shù)據(jù)幀和報(bào)文尋址方式，完成對(duì)機(jī)器人的通信與控制。控制器系統(tǒng)通過EtherCAT協(xié)議建立了各種控制參數(shù)和命令的數(shù)據(jù)通信，建立工業(yè)機(jī)器人的控制通信系統(tǒng)架構(gòu)。為了研究機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃和仿真跟蹤，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論作了研究。首先討論了物體在運(yùn)

3、動(dòng)過程中的坐標(biāo)變換，通過D-H參數(shù)法建立機(jī)器人連桿坐標(biāo)系，得到各連桿參數(shù)，進(jìn)而對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行了求解。在機(jī)器人的軌跡規(guī)劃方面，論文分析了關(guān)節(jié)空間中的三次多項(xiàng)式和五次多項(xiàng)式插值算法，笛卡爾空間中的直線軌跡插補(bǔ)算法和圓弧軌跡插補(bǔ)算法，并且通過MATLAB中的工具箱Robotics Toolbox利用五次多項(xiàng)式插值算法對(duì)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了仿真。論述了工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)是以六自由度工業(yè)機(jī)器人為模型，以Unity3D

4、為開發(fā)平臺(tái)，是基于EtherCAT的現(xiàn)場總線建立的一套機(jī)器人虛擬仿真系統(tǒng)，達(dá)到了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真效果。虛擬仿真平臺(tái)的軟件部分是在Unity3D的編譯環(huán)境下，采用C＃編程語言來設(shè)計(jì)的。該仿真系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能為:不僅使仿真軟件中的機(jī)器人能夠在控制命令的作用下單獨(dú)的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，真實(shí)再現(xiàn)機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)仿真模擬;而且通過控制實(shí)體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)仿真軟件中的虛擬機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，完成相同的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)一致性。虛擬仿真軟件和實(shí)體的機(jī)器