基于ARM嵌入式码垛机器人控制系统的研发

摘要

码垛机器人是现代搬运系统中相当重要的设备，广泛应用于工业自动化领域，在未来将扩展到更多的领域，在社会的发展中发挥着愈加重要的作用。随着科技的快速发展，码垛机器人需要提高作业处理能力，其智能化以及搬运柔性也需相应的提高以此来应对社会生产需求。其成本可控，性能越来越高决定着码垛机器人将在更多的行业被充分的运用。而控制系统是整个机器人的核心所在，决定着作业性能的优劣。随着工业技术的飞速发展，控制系统的可扩展性、可移植性以及集成开放式结构等逐步成为研究的重点。 本文以四自由度圆柱坐标码垛机器人的控制系统作为研究目标，基于码垛机器人实际应用中的运动控制需求，研究控制器的软件系统与硬件架构，在保证控制性能的前提下研究如何有效的控制成本并缩短开发周期，设计出性能优良且鲁棒性好的控制器。 首先，采用以STM32F1微控制器作为整个控制器的硬件架构核心，采用模块化的设计方法，依次扩展各功能模块电路，各模块相互独立，保证了系统良好的扩展性。其次，在基于硬件架构特性的基础上研究开放式软件，软件平台使用μC/OS-Ⅱ实时操作系统搭建，以此保证系统的硬实时性与多任务处理能力。同时基于μC/GUI设计人机交互界面，方便用户操作。针对具体功能进行模块划分，实现示教再现、文件管理、任务规划、故障处理以及智能避障等功能。对于点到点的运动，采用S型优化加减速算法，实现各轴速度、加速度的平滑连续。实验结果证明本文所开发的控制器可以实现对码垛机器人的运动控制，并且在运动过程中无冲击，运行平稳，重复定位精度高，满足设计预期要求。

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