基于ARM的六自由度工业机器人训练器的设计与实现

摘要

生产制造数字化、智能化是制造业未来的发展方向，而机器人是实现这一目标的重要装备。工业机器人不仅是工业自动化中的重要组成，而且是提高人类社会生产力的重要力量，它被广泛应用于汽车制造、航天船舶、机械制造等领域。工业机器人训练器是一种能够向机器人发送指令、显示机器人状态、在线进行机器人指令编程，并且能提供友好人机交互界面的手持设备。训练器是实现人机对话的重要媒介，是机器人控制系统的重要组成部分。
　　本文首先分析了国内外工业机器人训练器的发展现状和未来前景，然后根据机器人和训练器的工作原理和实际功能需求，提出了六自由度工业机器人训练器的软硬件架构。训练器由控制板和按键板组成，按键板由矩阵按键组成，是主要输入方式之一。本文选用以STM32单片机为核心的嵌入式系统。核心处理器部分选择STM32F429单片机，主要负责任务调度、界面显示、通信与外部功能模块驱动。通信方式选用 CAN总线通信，具有良好的抗干扰能力。存储设备有SD卡、U盘、NAND-FLASH和SPI-FLASH，为了提高存储设备的使用效率，选用FatFs文件系统进行管理。
　　嵌入式系统软件部分，选用μC/OS-Ⅱ操作系统，同时使用μC/GUI图形库。应用软件方由CAN通信软件、USB文件存取、SD卡文件存取、SPI-FLASH数据存储、指令解析、按键触摸检测软件等构成。系统任务主要由开始任务、显示任务、通信任务、触摸显示任务、指令解析任务等组成，通过μC/OS-Ⅱ嵌入式实时内核实现良好的调度。最后，经实地调试，所设计训练器能够实现良好的人机交互功能。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 工业机器人训练器的研究现状和发展趋势

1.3课题研究内容

第2章 工业机器人训练器原理与方案设计

2.1 工业机器人工作原理

2.2 机器人控制系统工作原理

2.3 训练器系统设计方案

2.4 嵌入式系统

2.5 嵌入式操作系统

2.6 本章小结

第3章 工业机器人训练器硬件电路设计

3.1 系统硬件总体结构

3.2 MCU核心电路设计

3.3 CAN通信模块电路设计

3.4 U盘接口电路设计

3.5SD卡接口电路设计

3.6 SPI-FLASH电路设计

3.7 SDRAM电路设计

3.8 USART串口通信电路设计

3.9 LCD驱动电路设计

3.10 手轮驱动电路设计

3.11 电源模块电路设计

3.12 按键板硬件电路设计

3.13 PCB版图设计

3.14 本章小结

第4章 训练器系统软件设计

4.1 系统整体软件架构

4.2 训练器操作系统应用

4.3 μC/OS-II的移植

4.4 人机交互界面的编写

4.5μC/GUI的移植

4.6机器指令解析

4.7 文件管理

4.8 本章小结

第5章 系统调试与结果分析

5.1 训练器按键板实物展示

5.2 训练器控制板实物展示

5.3 电源模块调试

5.4 训练器通信功能调试

5.5用户界面调试

5.6 机器人控制系统平台展示

5.7 模具设计

5.8本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本课题总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录