一体化双关节单检设备的研制

论文摘要

功能测试是一个系统开发中不可或缺的过程。为此,在一体化双关节的设计完成后,有必要对其电气系统设计进行功能测试。在实际测试中,需要加入与其通讯的中央控制计算机。由于中央控制计算机研制比较复杂,设计周期长,目前还不能和双关节通讯。因此,本文设计了一套简易的单检设备模拟中央控制器与双关节通讯的电气接口,完成对双关节电气系统的功能测试。与采用真实的中央控制器进行功能测试相比,单检设备具有经济性、开发周期短等优点,可以加快一体化双关节控制器系统的研制过程。本文首先对双关节电气系统组成进行了分析,明确其与中央控制计算机的电气接口。在此基础上,确定了单检设备应实现的测试功能,进而设计了总体方案。整个测试系统采用双CAN通讯框架,采用两套CAN总线分别与PC机和双关节电气系统进行通讯。同时,按照模块化设计思想,对其硬件模块和软件模块进行了方案设计。在系统的硬件设计中,选择TI公司生产的DSP TMS320F2808作为主控制单元。其内在的ADC模块可以方便的实现对电流和温度的采集;两个eCAN模块可以实现单检系统与PC机及双关节的CAN通讯;通过其I/O端口的配置,实现了ESL环路状态和关节系统上电状态的检测及电源系统的管理。在系统的软件设计中,分析了CAN总线传输原理,结合系统测试要求,制定了本系统的CAN通信应用层协议。同时,为实现硬件设计功能,完成了单检系统的A/D采集,I/O配置及CAN通信程序设计。并在上位机界面上,实现了指令和数据的收发。最后,对单检系统进行调试,并通过单检系统和双关节的联机试验,验证了单检设备的功能,完成了双关节电气系统的功能测试其中包括关节控制器备份功能测试,ESL环路保护功能测试,冗余CAN总线备份功能测试及关节主动热控功能测试。同时,进行了关节待机和伺服模式下的电流采样,以实现对关节的功耗分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外机械臂研究现状
• 1.2.1 国外机械臂的发展状况
• 1.2.2 国内机械臂的发展状况
• 1.3 测试系统发展现状
• 1.4 本课题的选题意义及研究内容
• 1.4.1 课题背景和意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 单检设备总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 一体化双关节的电气系统组成
• 2.3 测试系统的结构组成
• 2.3.1 单检设备的任务要求
• 2.3.2 单检设备的总体构成
• 2.3.3 单检设备的硬件方案设计
• 2.3.4 单检设备的软件方案设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 单检设备的硬件电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 主控单元模块选择
• 3.3 模拟量检测模块的设计
• 3.3.1 电流采集电路
• 3.3.2 温度采集电路
• 3.4 数字I/O 状态检测模块的设计
• 3.4.1 电源上电状态检测电路
• 3.4.2 ESL 环路状态检测电路
• 3.4.3 电源控制电路
• 3.5 通讯接口模块的设计
• 3.6 电源模块的设计
• 3.7 硬件抗干扰措施
• 3.8 本章小结
• 第4章 单检设备的软件系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 CAN2.0A 通讯帧简介
• 4.3 CAN 总线通讯应用层协议设计
• 4.3.1 标识符的分配及定义
• 4.3.2 数据场的定义
• 4.4 DSP 软件模块设计
• 4.4.1 A/D 采集模块程序设计
• 4.4.2 ECAN 模块程序设计
• 4.4.3 I/O 配置程序设计
• 4.4.4 软件抗干扰设计
• 4.5 上位机监控系统设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 双关节电气功能测试实验
• 5.1 引言
• 5.2 实验平台介绍
• 5.3 实验流程及结果
• 5.3.1 关节控制器备份功能测试
• 5.3.2 ESL 环路保护功能测试
• 5.3.3 冗余CAN 总线备份功能测试
• 5.3.4 双关节母线电流动态采集
• 5.3.5 双关节主动热控功能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢