基于运动控制卡的六自由度机械手控制系统开发

摘要

机器人是典型的机电一体化产品，机器入学是全球自动化研究领域学者最为关注的学科。机器人技术涵盖了机械设计、信息处理、电子控制、程序控制等多个领域。为了实现机器人完成特定的伺服任务，需要设计特定的算法，计算每个关节的驱动力矩或者是计算其驱动加速度。
　　本课题主要利用固高科技GTS系列运动控制卡和工业计算机的有机结合完成基于运动控制卡的六自由度机械手控制系统搭建，开发了开放式的六自由度机械手实验平台。机械手的传动方式采用了三菱伺服电机和绿的谐波减速机组合。
　　在对六自由度机械手的基本结构和性能进行分析的基础上，对六自由度机械手的运动学问题、路径规划问题进行初步的研究和改进。本课题构造D-H模型对机械手的连杆参数进行了分析，对六自由度机械手的直线轨迹、圆弧轨迹规划进行了研究和分析。最后设计开发了基于运动控制卡的六自由度机械手控制系统上位机软件。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状和发展趋势

1．3 开放式机器人控制系统

1．3．1 开放式控制系统的设计思想

1．3．2 基于PC的开放式控制系统结构

1．4 运动控制卡简述

1．5 课题研究的主要内容

1．6 论文的主要安排

2 机械手控制系统总体方案设计

2．1 引言

2．2 控制系统结构设计

2．2．1 电机控制系统的基本组成

2．2．2 专用输入／输出接口定义

2．2．3 谐波减速机性能参数

2．2．4 伺服电机主要技术参数

2．3 运动控制卡指令与运动模式

2．3．1 系统配置

2．3．2 系统配置的基本过程

2．4 本章小结

3 六自由度机械手本体结构及运动学分析

3．1 引言

3．2 机器人的本体结构

3．3 机器人控制数学基础

3．3．1 位置和姿态的描述

3．3．2 齐次坐标变换

3．3．3 广义连杆变换齐次矩阵

3．3．4 机器人DJ1-6R-580的D-H模型

3．4 机器人运动学

3．4．1 机器人运动学正解

3．4．2 机器人运动学逆解

3．4．3 机器人运动学逆解的优化

3．5 本章小结

4 机器人笛卡尔空间的轨迹规划

4．1 引言

4．2 机器人空间直线轨迹规划

4．3 机器人空间圆弧轨迹规划

4．3．1 圆心与半径的确定

4．3．2 坐标系变换

4．3．3 机器人角位移计算

4．3．4 圆弧插补计算

4．4 本章小结

5 上位机软件总体设计与实现

5．1 引言

5．2 软件开发平台

5．3 软件结构总体设计

5．3．1 控制系统实现流程

5．3．2 软件开发平台与接口

5．3．3 主要功能模块的实现

5．4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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