基于实时以太网及KRTS的机器人控制系统研究

发布时间：2017-08-16 03:28

  本文关键词：基于实时以太网及KRTS的机器人控制系统研究

  更多相关文章： SCARA机械手 KRTS EtherMAC 控制系统 轨迹规划

【摘要】：工业机器人作为新兴的高科技自动化设备已经被广泛应用于生产制造中,极大地解放了劳动力,提高生产效率,并取得了显著的经济效益。随着工业领域自动化程度的加强,工业机器人正向高速度、高精度、智能化、通用化和模块化的方向发展,这就要求运动控制系统具有较快的响应速度、很强的实时性能和开放式的软硬件平台。国内机器人控制系统与国外先进技术相比,不论从效率、可靠性、平台化和模块化程度上,都存在很大的差距,并且国外技术壁垒和封闭式的控制平台对我国机器人产业的发展产生了极大的阻碍,因此研发具有自主知识产权的高水平开放式机器人运动控制系统对促进我国机器人产业的发展具有重大意义。首先,本文对SCARA机械手进行了运动学分析,基于D-H连杆坐标系法建立数学模型并求得运动学正解和逆解,为下文提供数学工具和理论基础。结合SCARA机械手在PTP作业中的应用,分别在关节空间下和笛卡尔空间下进行了门字形轨迹的规划。分析了数控系统中常用的S曲线算法和一种加减速更为柔顺的正余弦修正梯形加减速算法,在此基础上提出Jerk曲线连续的多项式修正梯形加减速算法。根据以上理论基础和算法,采用虚拟样机仿真技术对SCARA机械手进行动力学仿真,验证算法正确性,为实验提供一定的参考依据。其次,针对工业机器人控制系统存在的问题和发展方向进行了重点研究,提出基于EtherMAC实时以太网总线平台和KRTS软件架构的机器人运动控制系统平台,利用了KRTS实时拓展和EtherMAC总线平台独特的从节点同步与时钟补偿技术以及组件化开放式软件结构,实现了控制系统平台的标准化、通用化和网络化,以及控制软件的模块化,解决了传统控制系统封闭式结构的局限性,为控制系统地开发提供了一套高效可行的开放式解决方案。最后,在试验平台上对该控制系统进行测试。通过对控制器响应时间、机械手拾取效率和运动过程中伺服电机的动态特性等指标进行数据采集和分析,验证该控制系统的性能。
【关键词】：SCARA机械手 KRTS EtherMAC 控制系统 轨迹规划
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要11-12
• Abstract12-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题背景研究14-15
• 1.2 工业机器人控制系统研究现状15-19
• 1.2.1 工业机器人研究与发展现状15-18
• 1.2.2 工业机器人控制器研究现状18-19
• 1.3 主要研究内容19-22
• 第2章 机械手数学建模与运动学分析22-30
• 2.1 SCARA机械手结构22-23
• 2.2 机器人运动学分析23-25
• 2.2.1 机器人位姿描述23-24
• 2.2.2 机器人运动学方程D-H表示法24-25
• 2.3 SCARA机械手正逆解运动学分析25-28
• 2.3.1 SCARA机械手正解运动学分析25-27
• 2.3.2 SCARA机械手逆解运动学分析27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 SCARA机械手轨迹规划与建模仿真30-44
• 3.1 PTP轨迹规划31-33
• 3.1.1 笛卡尔空间下的路径规划31-33
• 3.1.2 关节空间下的路径规划33
• 3.2 加减速控制算法研究33-40
• 3.2.1 S曲线加减速算法34-36
• 3.2.2 正余弦修正梯形加减速算法36-38
• 3.2.3 多项式修正梯形加减速算法38-40
• 3.3 虚拟样机仿真验证40-43
• 3.3.1 仿真数据规划41
• 3.3.2 ADAMS与Pro/E联合仿真41-42
• 3.3.3 仿真结果分析42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 机器人控制系统实现44-62
• 4.1 概述44
• 4.2 EtherMAC实时以太网总线技术44-46
• 4.3 Kithara实时套件简介46-48
• 4.3.1 KRTS性能特点46
• 4.3.2 KRTS架构及工作原理46-48
• 4.4 控制系统硬件结构设计48-51
• 4.4.1 控制系统硬件平台48-49
• 4.4.2 EtherMAC-RTEX网关49-51
• 4.5 控制系统软件结构设计51-61
• 4.5.1 软件架构研究与设计51-53
• 4.5.2 KRTS驱动管理模块53-55
• 4.5.3 系统核心运动控制模块55-56
• 4.5.4 配合机器视觉的运动控制56-59
• 4.5.5 人机交互界面59-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 样机测试及性能分析62-70
• 5.1 测试平台及方案62-65
• 5.1.1 测试系统软硬件性能参数63-64
• 5.1.2 测试指标64
• 5.1.3 测试方案64
• 5.1.4 伺服参数调节64-65
• 5.2 控制系统响应时间测试65-67
• 5.3 机械手性能测试与分析67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 总结与展望70-72
• 总结70-71
• 创新点71
• 展望71-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文78-80
• 致谢80-81
• 附件81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 马永超;;一种五段S曲线加减速算法的研究[J];工业控制计算机;2014年12期

2 毕胜;;国内外工业机器人的发展现状[J];机械工程师;2008年07期

3 张兴国;徐海黎;;一种开放式平面关节型工业机器人系统[J];制造业自动化;2009年01期

4 曹建福;汪霖;;模块化工业机器人嵌入式控制系统的研究[J];控制工程;2013年02期

5 郎需林;靳东;张承瑞;张岳;王云飞;刘亚男;;基于实时以太网的DELTA并联机械手控制系统设计[J];机器人;2013年05期

6 吕芳芳;;高速并联机械手PTP动作优化设计[J];现代机械;2012年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 付荣;基于智能优化方法的机械臂轨迹规划研究[D];北京工业大学;2011年

，

本文编号：681283