用于电表检定的机器人控制系统设计与研究

摘要

机器人控制系统的体系结构研究一直是机器人学研究的一个重要方向。传统的商用机器人通常采取封闭式的控制架构，这种控制系统是以专用的计算机作为主控机，采用专用的编程语言作为控制软件，使用专用的微处理器集成底层伺服驱动控制算法。它们对用户的开放性较低，在系统维护和改进方面难度较大，也不利于系统功能的进一步扩展。相比，开放式系统拥有较好的平台兼容性，在不同的平台上为用户提供一致的交互方式，同时能够与其它系统进行协调工作。因而，研究具有开放式体系结构的机器人控制系统具有重要的学术价值和工程意义。
　　本文以深圳市先进智能技术研究所“电表检定机器人的设计与研究”项目为工程背景，对机器人开放式控制系统进行了初步研究。论文首先分析了工业机器人控制系统的现状和发展趋势，并对开放式控制系统进行了概述。接着对本文的研究对象设计了软硬件结构，根据研究对象的实际需求，采用了PMAC系列运动控制器作为主控制器，选用山洋R系列驱动器和电机组成底层伺服系统，并基于该主控制器设计了运动控制软件程序。然后基于Ethercat以太网现场总线探讨了机器人以太网现场总线控制方案，研究了该总线网络的主从设备的硬件结构以及软件协议。最后，研究了末端执行器的直流伺服位置和力矩控制，并采用485总线级联主控制器。现场实际应用表明，该控制系统软硬件的扩展性、兼容性以及运动控制的实时性都较高。

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1 绪 论

1.1工业机器人控制技术的发展现状及趋势

1.2开放式控制系统的概况

1.3课题研究背景及研究内容

2 系统硬件结构设计

2.1系统总体架构

2.2 PMAC本体运动控制器

2.3伺服驱动系统的硬件设计

2.4机器人电气控制电路设计

2.5本章小结

3 系统软件程序设计

3.1系统的软件结构概述

3.2上位机管理软件

3.3 PMAC控制程序

3.4本章小结

4 基于Ethercat总线的伺服控制网络设计

4.1 Ethercat总线介绍

4.2 Ethercat伺服网络的组成

4.3 Ethercat总线协议

4.4本章小结

5 末端执行器控制系统

5.1直流伺服系统的设计要求

5.2控制策略

5.3系统硬件

5.4系统软件

5.5本章小结

6 系统测试与实验

6.1本体控制系统测试

6.2末端执行器测试

6.3本章小结

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

B. 作者在攻读硕士学位期间获得的荣誉