智能供弹机器人控制系统通信实时性研究

论文摘要

本文对某在研项目的智能供弹机器人控制系统进行了研究,该机器人主要由堆栈无链供弹单元和连接供弹单元与自动机的柔性输弹带组成。为保证各单元的高速协同动作,控制系统选择了CAN总线作为通信总线,这也是该机器人控制系统研究的主要问题。本文在分析供弹机构的采集量与控制量基础上,结合机器人的控制任务和结构特点,选择了以各供弹单元为分布式智能控制节点的CAN总线通信方案。在设计了CAN总线通信方案之后,本研究进行了控制系统的软硬件设计、制作和调试试验。硬件设计制作试验主要包括CAN通信模块和总线通信串口测试模块的电路设计制作,以及上位机、CAN适配卡、物理传输介质的选型与调试。软件编制主要包括CAN通信协议的制定以及总线节点地址编码的确定,分析制定了总线传输中各类信息的优先级,以保证通信的可靠收发。此外,还进行了CAN通信模块和串口测试模块的程序设计和调试。为了验证本论文智能供弹机器人控制系统设计的可行性,尤其是满足系统动作要求的总线实时性,本研究专门搭建了CAN通信测试平台,进行了节点之间的收发收通信测试,利用现有采样频率200KHz的动态信号采集及分析系统设计了一套通信信号测量方案,进行了总线通信时间的测量。为最大限度地发挥CAN总线在本控制系统中的效率,本文根据实验结果,对控制系统的软硬件进行了改进,并进行了部分测试实验。依据初步实验结果和CAN总线仲裁机制对系统实时性的影响的理论分析,确定了满足智能供弹机器人动作要求的通信机制和最低位速率,分析结果表明基于CAN总线的该智能供弹机器人控制系统方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 供弹系统简介
• 1.2 控制系统概述
• 1.3 现场CAN总线
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本文研究内容
• 2 供弹机器人控制系统分析
• 2.1 系统功能分析
• 2.2 系统控制方案
• 2.3 系统决策分析
• 2.4 本章小结
• 3 控制系统通信硬件设计
• 3.1 单元控制节点电路
• 3.1.1 CAN通信电路
• 3.1.2 串口检测电路
• 3.1.3 开关量采集电路
• 3.1.4 执行机构控制电路
• 3.2 上位机硬件配置
• 3.2.1 CAN适配卡选型
• 3.2.2 上位机选型
• 3.3 物理总线选型
• 3.4 本章小结
• 4 控制系统通信软件设计
• 4.1 CAN通信协议设计
• 4.1.1 系统参量分析
• 4.1.2 节点地址编码
• 4.1.3 报文标识符分配
• 4.2 单元控制节点程序设计
• 4.2.1 初始化程序设计
• 4.2.2 CAN通信程序设计
• 4.2.3 串口检测程序
• 4.2.4 数据采集流程
• 4.2.5 执行机构操作流程
• 4.3 本章小结
• 5 CAN通信实验测试
• 5.1 实验设备
• 5.2 CAN通信测试
• 5.3 CAN通信结果输出
• 5.4 本章小结
• 6 系统通信可行性分析
• 6.1 供弹机构运动分析
• 6.1.1 CAN通信测试方案概述
• 6.1.2 测试方案问题分析
• 6.2 测试方案的改进
• 6.2.1 通信测试方案改进分析
• 6.2.2 改进方案的验证
• 6.3 系统通信速率性能分析
• 6.3.1 通信实际位速率
• 6.3.2 系统通信位速率要求
• 6.3.3 实验数据结果分析
• 6.3.4 通信实验的改进
• 6.4 总线仲裁对通信实时性的影响
• 6.4.1 CAN总线仲裁机制
• 6.4.2 仲裁机制对实时性影响
• 6.5 实验总结
• 6.6 本章小结
• 7 结论和展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望和改进
• 致谢
• 参考文献