码垛机器人运动控制器的设计与研究

摘要

随着数控技术的发展，码垛机器人已经在一些企业得到了应用，而且未来会有更大的发展应用空间。目前国内相关的技术还不成熟，机器人技术尤其是运动控制器方面的研究与开发水平与国外还有相当的差距。近些年，国内一些高校和企业对码垛机器人进行了相关的研究与开发工作，并在码垛机器人的自主研发上取得了一定的成绩，但同时码垛机器人的使用仍受到很多因素限制。
　　数控技术的发展趋势是:“PC+运动控制器”的开放式数控系统”，这种系统具有开放程度高，信息处理能力强，通用性好，运动轨迹控制精确的特点。当前需重点研究开放式、模块化的控制系统，特别是基于PC的控制器，并实现机器人控制的标准化和网络化。随着码垛机器人相关技术的成熟，码垛机器人会很快走向产业化。
　　本文分析了国内外运动控制器的发展现状，并介绍了码垛机器人控制系统结构和原理。本文重点设计了一种用于码垛机器人四轴运动控制器，它没有采用传统专用运动控制芯片进行设计，而是创新的采用DSP+CPLD的设计模式，用户可以写入底层运动控制算法，甚至可以通过简单编程来修改控制器的硬件控制功能，在实际应用中有着更高的灵活性和通用性。由于运动控制器承担插补运算和控制伺服系统的任务，使上位机可以采用非实时操作系统，上位机软件开发难度降低。本文着重从硬件和软件设计两个方面对控制器进行了设计，对机器人关节空间的轨迹插值算法进行了论述，用DSP软件实现了抛物线过渡的直线插值算法，借助DSP强大的运算能力，运动控制器可以实现4-6轴电机的协调控制。
　　码垛机器人的上位机采用工业PC，通过CAN总线通信实现与运动控制器数据的传送，DSP扩展了一片SARM存储器和一片FLASH存储器用于程序和数据的存储。运动模块采用数字交流伺服系统，通过DSP的PWM模块完成对伺服电机的精确控制，同时设计了CPLD的编码器信号处理电路，处理后的数据用于上位机的状态参数显示。该控制器具有开放式，模块化的优点，且成本低，开发周期短，稳定性好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 工业机器人的结构

1．2 码垛机器人的发展概况

1．3 工业机器人运动控制器的研究现状

1．4 课题来源与研究意义

1．5 本课题研究的主要内容

1．6 本章小结

2 机器人控制系统的设计

2．1 工业机器人关节空间轨迹规划

2．2 交流伺服技术

2．3 运动控制器的通信方式选择

2．4 运动控制器的设计方案

2．5 本章小结

3 运动控制器的硬件设计

3．1 芯片的选择

3．2 电路具体实现

3．3 本章小结

4 运动控制器的软件设计

4．1 码垛机器人控制系统软件结构

4．2 dsp软件开发流程

4．3 DSP程序的设计

4．4 CPLD程序设计

4．5 本章小结

5 系统安装与调试

5．1 CAN通信调试

5．2 伺服系统的调试

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文的总结

6．2 研究的展望

致谢

攻读硕士学位期间的主要成果

参考文献