基于虚拟仪器技术的五自由度混联机械手TriVariant控制系统设计

摘要

本文以新型5自由度混联机械手TriVariant为研究对象，提出基于虚拟仪器技术的机器人控制系统设计方案。该方案以PC+MotionController开放式体系结构作为控制系统硬件平台核心，依据层级化和模块化设计理论，提出由应用软件层、核心控制层和驱动软件层组成的控制系统软件构架，并利用图形化开发工具LabVIEW实现了控制系统的核心功能。全文工作和取得成果概括如下： 根据混联机械手的控制要求并结合现有控制器的特点，提出基于虚拟仪器技术的控制系统设计方案，利用图形化和模块化的软件设计技术，提高了控制系统的灵活性和扩展能力。 分析混联机械手的位置正、逆解问题。在串联转头逆解分析中，使用不同方程组的解，有效解决了因反三角函数存在的解范围限制而出现漏解问题，并用实例验证该算法的正确性，进而为控制系统设计奠定了理论基础。 根掘虚拟面板的设计要求重新定义了运动I/O信号，使得控制系统更具灵活性并简化了控制面板设计。在此基础上设计了运动控制卡与伺服驱动模块、电机和外围输入输出间接口，并搭建控制系统硬件平台。 基于FlexMotion驱动软件采用图形编程工具LabVIEW，开发了控制系统回零、单步和连续运行以及微动调整等核心控制功能模块，并利用通告和事件编程技术实现了核心控制层软件与控制和显示控件间的实时通讯，有效地降低了计算资源的占用率并提高了软件系统的可靠性。

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文摘

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第一章绪论

1.1课题的研究意义

1.2国内外研究状况综述

1.3论文的主要工作和研究内容

第二章数学模型

2.1TriVariant机械手运动学模型

2.1.1机构简介

2.1.2运动学模型

2.2位置逆解

2.2.1并联模块位置逆解

2.2.2串联转头位置逆解

2.3位置正解

2.3.1并联模块位置正解

2.3.2串联转头位置正解

2.4算例与仿真

2.4.1算例

2.4.2仿真实例

2.5小结

第三章控制系统硬件设计

3.1引言

3.2控制功能分析

3.3控制系统总体规划

3.3.1控制系统总体规划

3.3.2控制系统硬件选择

3.4接口设计

3.5小结

第四章控制系统软件设计

4.1引言

4.2控制软件体系结构设计

4.2.1软件功能需求分析

4.2.2控制系统软件构架

4.3核心控制功能开发

4.3.1回零功能

4.3.2单步与连续运行功能

4.3.3微动调整功能

4.4基于时间采样的插补算法

4.5网络功能及实现技术

4.6界面设计

4.7小结

第五章实验

5.1引言

5.2控制系统功能验证

5.3零点调整实验

5.3.1实验方案

5.3.2零点调整

5.4小结

第六章结论

参考文献

论文作者在攻读硕士学位期间完成的学术论文和参加科研情况

致 谢