基于DSP多轴运动控制器在异型油罐焊接机器人中的应用

摘要

目前我国的原油和成品油需求量越来越大，而以前的储油罐已经不适应时代发展的要求，所以油罐正向大型化的方向发展，其中油罐体形状也多种多样，目前常见的油罐体可分圆柱形、方箱形和球形等。在油罐体焊接过程中，人工焊接的劳动强度特别大，危险性也很高，所以可代替人工作业的焊接机器人得到了广泛的应用。
　　 在应用过程中，机器人的关键技术是其控制系统，以往采用的机器人控制系统较为封闭，限制了机器人的使用范围和运动空间，不利于系统的深入开发和研究，将控制系统变得更为开放、便捷成为机器人控制系统发展的方向。因此，本课题的研究目的就是将运动控制器应用到油罐端盖焊接机器人中，通过多轴联动的方式控制机械手的运动完成面向多种类型油罐体的端盖焊接，充分利用运动控制器实时性强、精度高、稳定性好的特点。
　　 首先，介绍了运动控制器在现阶段国内外的发展状况，了解运动控制器的应用范围。同时，阐述了应用于工业生产中的焊接机器人概况，提出了将运动控制器应用于不同类型油罐体的端盖焊接中。
　　 其次，针对异型油罐焊接机器人的设计目的，采用“PC+运动控制器”的解决方案。确定该控制系统的总体方案，阐述了系统方案的设计思想和设计原则。设计了该系统的硬件部分，分析了选用运动控制器F28335的原因。该系统运用硬件控制实现三轴同步运动控制，采用“脉冲+方向”的方式来控制伺服电机。
　　 然后，依据硬件所要实现的功能，对该机器人控制系统的软件进行了设计。采用模块化的设计思想，首先设计基于F28335的控制系统的主程序。然后，设计了步进电机控制模块、插补控制模块、增强正交编码脉冲模块、错误控制模块等子模块。
　　 最后，搭建机械实验平台，对电机进行了定位测试以及速度调试测试，对运动过程中的直线插补和实现焊接机器人功能的圆弧插补进行实例测试。经过实验分析，该系统稳定性较好，并具有一定的可移植性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景

1．2 运动控制器研究现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 焊接机器人研究概况

1．4 研究的目的及意义

1．5 研究的内容及工作安排

第二章 基于DSP的异型油罐焊接机器人总体方案及硬件设计

2．1 异型油罐焊接机器人系统总体方案设计

2．1．1 总体设计思想

2．1．2 系统结构设计原则

2．2 异型油罐焊接机器人硬件设计

2．3 运动控制器的选择

2．3．1 运动控制器的特点

2．3．2 TMS320F28335控制芯片简介

2．3．3 TMS320F28335芯片的工作原理

2．4 接口电路设计

2．5 本章小结

第三章 基于DSP的异型油罐焊接机器人伺服控制系统

3．1 步进电机的工作原理

3．2 步进电机控制系统的特点

3．3 步进电机的控制方法

3．4 驱动电路设计

3．5 本章小结

第四章 基于DSP的异型油罐焊接机器人软件设计

4．1 系统软件总体设计

4．2 系统开发环境介绍

4．3 系统程序结构

4．3．1 步进电机控制

4．3．2 增强型脉宽调制模块

4．3．3 模数A／D转换

4．3．4 插补控制子模块

4．3．5 增强正交编码脉冲模块

4．3．6 错误控制子模块

4．4 本章小结

第五章 系统调试及实验分析

5．1 步进电机定位实验

5．2 步进电机调速实验

5．3 步进电机插补运动实验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录