论文摘要
传统的封闭式机器人控制器虽然简单、可靠,但只适用于固定的作业任务和作业对象,无法适应因产品多样化的要求越来越高,致使生产任务不断变化的现代制造业。为了满足现代制造业的这种柔性化的生产,必须采用具有开放式结构的控制器。开放式机器人控制器的软件和硬件都是开放的,能根据不同的情况和要求做出相应的调整,这即有利于保持机器人的现有性能,延长其使用寿命；又有利于机器人采用最新的先进的控制技术,促进其技术更新。这些都会进一步降低机器人开发的成本,促进机器人应用的普及,而应用领域的拓展,反过来又会进一步促进了机器人技术的发展,从而形成良性循环。本文首先纵向比较了封闭式控制系统和开放式控制系统的优缺点和横向对比阐述了当前常用的单片机控制系统、PLC（程序逻辑控制）控制系统和基于PC机控制系统的各自特点。其次,进一步比较了基于PC的开放式控制系统的几种实现模式,从而确定建立了本课题所采用的PC机+运动控制器的开放式五自由度控制系统。并分别对研华PCI-1243U运动控制器、保护电路、驱动电路进行了分析,建立了机器人控制系统的硬件平台。再次,讨论了机器人的运动学问题,运用Denavt—Hartenberg表示方法建立了机器人各个关节的坐标系,求得了机器人末端手爪的参考点相对于基坐标系的位姿变换矩阵,建立了机器人的运动学数学模型。最后,以机器人的运动学数学模型为算法基础,采用面向对象的编程技术和模块化思想设计方法,在微软WindowsXP系统平台下,用Visual Basic语言编写了机器人点位控制的操作界面和计算程序。研究了机器人轨迹控制中的直线插补问题,详细分析了常用直线插补算法精度不高的问题所在,并提出了相应的改进算法。同时结合该问题,研究了在VB开发环境下,实现周期性时间控制的方法。并在该系统环境下编写了数控G代码的译码程序。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 引言1.2 开放式控制系统发展状况1.2.1 国外发展状况1.2.2 国内发展状况1.2.3 最新发展动态1.3 本课题机器人简介1.3.1 机器人的机械结构1.3.2 机器人的基本参数1.4 论文的主要工作第2章 机器人控制系统概述2.1 机器人控制系统的发展2.1.1 传统专用控制系统2.1.2 开放式控制系统2.2 几种常见的控制系统2.2.1 单片机控制系统2.2.2 PLC（程序逻辑控制）控制系统2.2.3 基于PC的开放式控制系统第3章 机器人控制系统硬件平台3.1 基于PC的开放式控制系统的实现模式3.1.1 专用控制器+PC的控制模式3.1.2 PC+运动控制器的控制模式3.1.3 全软件控制模式3.2 控制方案的确定3.3 硬件系统总体结构3.4 硬件系统各单元详解3.4.1 上位PC机3.4.2 系统总线3.4.3 研华PCI-1243U运动控制器3.4.4 保护电路3.4.5 驱动电路第4章 机器人运动学方程4.1 引言4.2 运动学分析方法4.3 齐次坐标变换4.3.1 齐次坐标4.3.2 齐次变换4.4 连杆坐标系的建立方法4.4.1 机械手位姿的表示4.4.2 确定杆系的D-H法4.5 机器人运动方程的建立4.5.1 杆件和关节的编号4.5.2 建立机器人坐标系4.5.3 相邻两杆的Ai矩阵4.5.4 机器人正向运动学4.6 机器人反向运动学4.6.1 求解关节变量4.6.2 逆解的合理取值4.6.3 初始参数的确定方法4.6.4 初始参数合法性的判定第5章 机器人控制系统程序设计5.1 操作系统及开发环境选择5.1.1 Windows XP系统5.1.2 编程环境Visual Basic 6.05.2 Visual Basic程序和运动控制器的关系5.2.1 程序与硬件5.2.2 动态链接库（DLL）的调用5.2.3 动态链接库（DLL）的使用流程5.3 主控程序的设计5.4 人机交换界面的设计5.4.1 用户界面5.4.2 管理员界面5.5 轨迹控制5.5.1 线性插值5.5.2 周期性时间控制的方法第6章 G代码编译器6.1 引言6.2 G代码的功能转换与扩展6.2.1 G代码的指令集6.2.2 G代码的输入规则6.3 G代码的译码方式选择6.4 G代码的译码6.4.1 G代码程序的预处理6.4.2 G代码程序的语法、词法检查6.4.3 G代码程序的数据处理6.4.4 G代码程序的执行6.5 G代码的译码流程第7章 结论与建议7.1 结论7.2 建议参考文献致谢附录
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