基于CPAC的六自由度开放式机器人控制系统的开发

摘要

在对机器人的探索和研究过程中，机器人控制系统的开发与研究一直以来是人们探讨的热点。现在很多机器入的控制系统多采用封闭式结构:采用专用的PC作为主控上位机;采用专用微处理器，并将一些控制算法固化在EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)中。采用这样的控制系统缺乏相应的开放性，不利于控制系统的改进和完善。所以，研究具有开放式结构的机器人控制系统具有很强的实用意义。同时这也是当前机器人控制系统发展的趋势，全球已有很多发达国家在该领域展开激烈的角逐。本文结合CPAC（ComputerizedProgrammableAutomationController，计算机可编程自动化控制器）机器人控制系统开发平台以及PC机，对六自由度机器人控制系统的相关内容进行了探索和研究。主要研究工作包括:
　　 (1)对六自由度机械手的结构体系简要进行介绍，并运用D-H（Denavit-Hartenberg）法则建立了机器人的运动学模型，在此基础上对机器人运动学的正逆解问题进行了求解和验算。
　　 (2)介绍了六自由度机器人控制系统的总体设计思路及总体架构。以GUC-800系列运动控制器为控制核心搭建了六自由度机器人控制系统硬件平台，设计出了机器人控制系统。控制系统主要分为人机界面模块、运动控制模块、文件处理模块以及信息反馈模块等4个模块。
　　 (3)介绍了机器人控制系统软件的主界面，简要描述了控制系统界面所包含的主要模块以及各个模块的主要功能及操作。并在此基础上，对控制系统软件以及示教再现等操作流程也做了简要叙述。
　　 在上述研究的基础上，基于CPAC软硬件平台开发了功能较为完善的六自由度开放式关节机器人控制系统。本系统提供了一个全开放、可扩展的六自由度机器人控制系统平台，可方便地向系统添加和扩展机器人的功能，能应用于多种研究和开发项目当中。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 课题的来源和研究意义

1．2 国内外机器人技术的发展概况

1．2．1 国外工业机器人研究现状

1．2．2 国内工业机器人研究现状

1．3 机器人的控制系统

1．3．1 基于PC的开放式控制系统

1．3．2 开放式控制系统的优点

1．3．3 开放式机器人控制系统实现方法

1．4 本论文主要研究内容及章节安排

第二章 六自由度机器人运动学分析

2．1 机器人的自由度

2．2 六自由度机器人的机构组成

2．3 六自由度机器人的运动学分析

2．3．1 机器人运动学基础

2．3．2 机器人运动学建模

2．3．3 机器人正运动学分析

2．3．4 机器人逆运动学分析

2．4 本章小结

第三章 机器人控制系统的总体设计

3．1 CPAC软硬件平台的介绍

3．1．1 CPAC软件开发平台

3．1．2 CPAC硬件开发平台

3．2 GUC-800系列运动控制器

3．2．1 GUC-800系列运动控制器简介

3．2．2 GUC-800系列运动控制器的运动模式应用

3．2．3 GUC-800系列运动控制器的I／O和其它应用

3．3 本章小结

第四章 机器人控制系统软件程序设计

4．1 机器人控制系统的总体架构

4．2 运动控制模块

4．2．1 示教模块

4．2．2 再现模块

4．2．3 示教点的插入和删除

4．3 文件处理模块

4．4 信息反馈模块

4．5 本章小结

第五章 六自由度机器人控制系统的运行实例

5．1 机器人控制系统主界面

5．2 机器人控制系统操作流程

5．3 示教再现操作流程

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢