点胶机器人运动控制系统设计与路径规划研究

摘要

近年来流体点胶技术在生物学、半导体封装、微机电系统等领域发挥着越来越重要的作用，该技术采用一种受控的方式对胶体进行精确分配。点胶工艺的复杂性使得点胶的质量和性能难以得到有效保证，故提高点胶系统的稳定性、精确性和可重复性显得异常重要。
　　本课题采用了基于时间-压力型的桌面直角坐标机器人作为点胶系统的运动平台，并对系统的控制方案进行了研究。为了减轻微控制器的压力，控制研发成本，提高系统的灵活性和稳定性,本文提出了一种基于专用控制芯片的运动控制系统设计方案。文中设计了以高性能AVR处理器、TMC429运动控制芯片、TMC262电机驱动芯片和TMC424增量式编码接口芯片为核心的运动控制板。设计的运动控制板上集成了RS232、RS485、CAN总线等多通信接口，增强了运动控制板的通信功能。此外，设计的运动控制板具有即插即用功能。设计的运动控制板能按照预先设定的目标位置和目标速度自主运行所有实时关键任务，且允许目标位置和目标速度可随时更改。这些任务若交由微处理器来独立完成，则需占用许多的系统资源。所以专用控制芯片的使用，可将微处理器解放出来，以便微处理器把资源用在对系统更高层次的控制和接口的扩展上。与此同时，为提高控制精度，针对位置反馈设计了参数自整定模糊PID控制器。MATLAB的仿真结果表明，模糊PID控制效果较普通的PID控制效果更优越。由于在批量加工时，减少点胶机的胶枪相对移动距离对提高生产效率意义显著，本文引入了蚁群算法以对路径进行优化。
　　在完成好控制系统的软硬件设计后，对系统各项性能进行了必要的仿真与测试。实验结果表明所设计的控制系统具有可实时监控、数据传输稳定等优点，达到了预期的设计效果和要求。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 本课题研究的目的与意义

1.3 国内外运动控制系统的研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第二章 运动控制系统硬件设计

2.1 运动控制系统形式的选择

2.2 运动控制器硬件电路总体设计

2.3 各功能模块电路设计

2.4 运动控制器硬件实现

2.5 本章小结

第三章 运动控制系统相关软件开发

3.1 软件设计简介

3.2 专用芯片的初始化配置

3.3 各模块程序设计

3.4 本章小结

第四章 步进电机的参数自整定模糊PID控制器设计

4.1 步进电机的数学建模

4.2 PID控制原理

4.3 模糊PID控制器

4.4 实验与仿真

4.5 本章小节

第五章 点胶机器人的路径规划

5.1 概述

5.2 点胶机路径规划问题的模型抽象

5.3 蚁群优化

5.4 仿真平台设计及实验

5.5 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 对后续工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文