多轴运动控制器的PCI驱动研究及其在工业机器人中的应用

论文摘要

本文以多轴运动控制器的软件研究为主。在详细了解控制器硬件设计的基础上,为控制器的PCI接口编写Windows操作系统下的WDM模型的驱动程序。上位PC只有通过驱动程序才能访问到控制器硬件资源,完成与控制器的数据交换。为了保证上位PC机与控制器正确有序地通讯,本文制定了一套通讯机制来实现从上位机到控制器的指令传输和从控制器到上位机的控制误差数据传输。在实验过程中表明这样的通讯机制是有效可行的。本课题以六自由度的工业机器人作为运动控制器的控制实验对象,采用自主研发的运动控制器实现了对该机器人的运动控制。本文共五章,各章节内容概括如下:第一章调研了国内外运动控制技术的发展历程和应用现状,指出运动控制器的技术前景和发展趋势。结合国内的运动控制器的研究现状,阐明本课题的研究意义和内容。第二章在介绍控制器硬件结构的基础上,说明了编写驱动程序的必要性以及驱动程序在操作系统中的地位和作用。具体阐述PCI9052芯片的配置方法,以及使用DriverWorks编写驱动程序的步骤。对驱动程序的调试,安装和卸载等过程给出必要的说明。第三章指出控制器与上位机之间通讯的方式和内容。提出了控制器和上位机之间的通信机制,以保证控制器和上位机之间正确有序的通讯。第四章在六自由度工业机器人硬件平台的基础上,阐述用本课题研发的运动控制器实现工业机器人运动控制的过程。循序渐进地论述如何使用本课题的运动控制器来实现机器人单关节运动控制,机器人末端点到点的运动控制,末端沿坐标轴方向的运动控制,机器人的编程示教和空间任意轨迹的跟踪。其中涉及机器入学相关知识时也作了简要说明。第五章总结全文的研究工作。结合工业机器人的控制实验,为下一步的研究提供参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 运动控制技术概述
• 1.2 运动控制技术的发展趋势
• 1.3 运动控制技术的国内外发展现状
• 1.4 课题的研究意义和研究内容
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 课题的研究内容
• 2 运动控制器的驱动研究
• 2.1 控制器的硬件介绍
• 2.1.1 运动控制器硬件总体构成
• 2.1.2 控制器硬件的功能模块划分
• 2.2 WDM驱动模型
• 2.2.1 驱动模型发展的介绍
• 2.2.2 WDM驱动模型的特征
• 2.3 驱动的开发工具及开发调试环境
• 2.3.1 驱动的开发工具
• 2.3.2 开发调试环境的建立
• 2.4 PCI9052的寄存器配置
• 2.4.1 PCI9052的配置寄存器
• 2.4.2 配置信息的写入
• 2.4.3 配置参数的确定
• 2.5 PCI9052驱动程序的编写与调试
• 2.5.1 驱动程序框架的结构
• 2.5.2 读写局部总线上的RAM数据
• 2.5.3 中断功能的实现
• 2.5.4 驱动程序的调试
• 2.6 驱动程序的安装和卸载
• 2.7 本章小结
• 3 运动控制器与上位机的通讯
• 3.1 双端口RAM的存储空间分配
• 3.2 运动控制指令
• 3.2.1 运动控制指令格式
• 3.2.2 指令传送方式
• 3.2.3 停止电机时的指令传送
• 3.3 误差数据处理
• 3.3.1 误差数据格式
• 3.3.2 误差数据传输
• 3.4 辅助的控制指令和控制过程监测
• 4 运动控制器在工业机器人中的应用
• 4.1 工业机器人平台的硬件
• 4.2 工业机器人的坐标系
• 4.3 机器人的单关节运动控制
• 4.3.1 单关节运动控制的速度曲线
• 4.3.2 计算运动控制指令
• 4.3.3 单关节运动的停止
• 4.4 机器人末端点到点的运动控制
• 4.5 机器人轴向运动的控制
• 4.5.1 机器人的运动学计算
• 4.5.2 机器人的工作空间
• 4.5.3 末端的轨迹规划
• 4.5.4 沿轴线方向的停止控制
• 4.6 机器人的示教运动控制
• 4.6.1 机器人的示教
• 4.6.2 空间直线段的插值
• 4.6.3 空间圆弧的插值
• 4.7 不规则曲线的轨迹规划
• 4.7.1 获取描述曲线的坐标序列
• 4.7.2 数值滤波处理
• 4.8 上位机的控制软件
• 4.9 本章小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文