嵌入式工厂搬运小车数控系统的设计

论文摘要

基于PC的数控系统一般体积较大、功能较多,不能装入体积严格要求的微型或小型系统内,相对功能单一的简单系统功能多余、成本过高。嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点,解决了基于PC的CNC的不足,为数控技术提供了一种灵活方便的、能够嵌入工业系统内部、在工业极端环境里连续长期稳定可靠工作的微小型、廉价型控制系统。本文介绍了基于ARM微控制器和μC/OS-II操作系统的嵌入式工厂搬运小车数控系统,以两轮驱动小车为平台,设计了数控搬运小车路径规划和轨迹控制方法。研究了M16C对运行轨迹进行精插补处理的方法,探讨了相关最短路径算法,并根据具体应用环境设计了一种通用高效的路径规划算法;在μC/GUI图形用户界面中,结合一个大型低压配电仓库内部工序间搬运的例子做了仿真,仿真结果说明了路径规划和轨迹控制方法的正确性;系统在完成路径规划后,可解码部分处理规划出来的路径代码,并根据路径代码进行相应的插补计算,控制运行轨迹。本文设计并实现了一种嵌入式数控搬运小车平台。搭建了以S3C44B0X和M16C/62处理器为核心的硬件体系结构,设计了触摸屏驱动电路和基于TA8415P的步进电机集成驱动电路;移植了μC/OS-II操作系统和μC/GUI图形用户界面。使搬运小车具有LCD显示和触摸输入功能,可对载重量、运行时间、运行速度进行设置,更改其运行路径。此外论文还编写了LCD和触摸屏驱动程序、软件系统各任务模块的程序和GUI应用程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 嵌入式系统概述及其在机电产品方面的应用
• 1.3 嵌入式数控技术概述及其发展
• 1.3.1 数控技术发展历程
• 1.3.2 嵌入式数控技术概述
• 1.4 嵌入式数控技术国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研发成果
• 1.5 本文的主要内容及安排
• 2 嵌入式工厂搬运小车数控系统的硬件设计
• 2.1 嵌入式工厂搬运小车数控系统概述
• 2.1.1 工厂搬运小车数控系统原理
• 2.1.2 工厂搬运小车数控系统功能
• 2.2 嵌入式工厂搬运小车数控系统的硬件方案
• 2.2.1 嵌入式工厂搬运小车模型
• 2.2.2 嵌入式工厂搬运小车硬件整体方案
• 2.3 基于S3C44B0X 的上位机管理与控制系统设计
• 2.3.1 上位机系统ARM7 微控制器概述
• 2.3.2 ARM7 微控制器S3C44B0X 的LCD 接口电路设计
• 2.3.3 ARM7 微控制器S3C44B0X 的触摸电路设计
• 2.4 基于M16C/62 的下位机运动控制系统设计
• 2.4.1 M16C/62 微控制器
• 2.4.2 步进电机及其控制
• 2.4.3 步进电机驱动模块
• 3 嵌入式工厂搬运小车数控系统软件设计
• 3.1 μC/OS-II 在S3C44B0X 上的移植
• 3.1.1 μC/OS-II 简介
• 3.1.2 μC/OS-II 移植
• 3.1.3 μC/OS-II 的任务切换
• 3.2 μC/GUI 在S3C44B0X 上的移植
• 3.2.1 μC/GUI 简介
• 3.2.2 μC/GUI 的接口
• 3.2.3 μC/GUI 的目录结构
• 3.2.4 μC/GUI 在S3C44B0X 上的移植过程
• 3.3 软件系统的各功能模块
• 3.3.1 主菜单任务
• 3.3.2 触摸处理任务
• 3.3.3 仓库平面图选择任务
• 3.3.4 数控搬运小车运行位置选择任务
• 3.3.5 路径规划任务
• 3.3.6 仿真运行任务
• 3.3.7 粗插补计算任务
• 4 嵌入式工厂搬运小车数控系统的路径规划
• 4.1 数控搬运小车路径规划概述
• 4.1.1 全局路径规划
• 4.1.2 局部路径规划
• 4.2 最短路径问题
• 4.2.1 最短路径规划算法概述
• 4.2.2 最短路径规划算法实现
• 4.3 本文设计的仓库物流系统路径规划方法
• 4.3.1 含数控搬运小车的仓库物流系统简介
• 4.3.2 数控搬运小车的路径规划算法设计
• 5 仿真结果与调试
• 6 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献