嵌入式可编程运动控制器开发及其在注塑机械手中的应用

摘要

随着机器人技术应用范围的不断扩展，市场对机器人的性能和成本都提出了越来越高的要求。注塑机械手作为塑料模具加工行业中的核心设备之一，其性能的优劣对实际生产有着巨大的影响。运动控制器及其示教系统作为注塑机器手关键部件，严重制约注塑机的成本、加工效率以及稳定性。本文设计了一种嵌入式可编程运动控制器，并将其应用在注塑机械手。论文主要研究工作包括：
　　基于注塑机械手控制性能需求分析，建立了嵌入式可编程运动控制器总计架构以及软、硬件系统设计方案，确定了基于嵌入式安卓系统的机械手示教平台实现方案。
　　针对运动控制器高实时性功能要求，建立了双核并行处理的控制器设计方案，提出了程序控制和运动计算的独立任务分配方法，并将其应用于控制器主控基板设计，有效提高了控制器整体的响应中断性能和执行速度。测试结果表明，动作程序执行周期可控制在5ms以内，中断响应时间达μs级。
　　结合实际示教工艺流程，基于嵌入式安卓系统完成了示教系统的开发，提出了NC和TABLE两种前后台机器人编程指令系统结构，提高了加工工艺中的编程效率。测试结果表明，同样工艺流程下与梯形图编程方式相比，新指令编程节省了80％的工作量。
　　完成了嵌入式可编程控制器硬件实现，并在注塑机械手上获得实际工程应用。测试与应用结果表明，本文开发的可编程控制器控制器和示教系统工作稳定，性能良好，很好的实现了注塑机械手多轴联动以及指令执行。

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1 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究背景与意义

1.3国内外运动控制系统研究现状

1.4论文主要研究内容及组织结构

2 注塑机械手控制系统需求与架构介绍

2.1 应用对象注塑机械手简介

2.2 控制系统需求分析及技术要求

2.3 控制器系统总体结构介绍

2.4 本章小结

3 嵌入式可编程运动控制器固件设计与实现

3.1固件开发平台介绍

3.2主控基板固件设计

3.3 伺服计算基板固件设计

3.4 I/O输入输出基板固件设计

3.5本章小结

4 注塑机械手示教系统设计与实现

4.1 软件需求分析及开发环境

4.2 示教指令系统设计

4.3 示教器系统界面设计实现

4.4 本章小结

5注塑机控制系统平台构建与应用验证

5.1 控制器硬件原型实现

5.2 测试和应用

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1工作总结

6.2课题展望

致谢

参考文献