基于SERCOS Ⅲ的工業(yè)機器人嵌入式控制器設計與開發(fā).pdf

1、隨著制造業(yè)向著智能化、信息化和自動化方向的不斷推進，工業(yè)機器人以其靈活、高效率等特點，在工業(yè)生產領域得到廣泛的應用?？刂破髯鳛楣I(yè)機器人的重要核心部件之一，決定著機器人控制性能的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的“PC/IPC+運動控制卡”模式的控制器存在著架構封閉、聯(lián)動軸數(shù)少、布線復雜和傳輸速率慢等缺點，在現(xiàn)代工業(yè)應用中具有一定的局限性。基于嵌入式和實時以太網技術的控制架構更符合當前控制器高速化、數(shù)字化、網絡化的發(fā)展趨勢，且具備低成本、低功耗、高性能等特點

2、，有望成為未來工業(yè)機器人控制器的主流技術。因此，本文針對基于嵌入式處理器和實時以太網技術的開放式機器人控制器的設計與開發(fā)進行系統(tǒng)的研究和探索，具體內容如下:
　　針對工業(yè)機器人控制器體系結構進行研究，在綜合分析市場主流控制器功能的基礎上，采用“嵌入式處理器+實時操作系統(tǒng)+實時以太網”的開放式、總線式架構，搭建了“ARM Cortex處理器+RT-Linux+ SERCOSⅢ”的軟、硬件開發(fā)平臺，并根據模塊化設計原則提出了一種五層架

3、構的控制器功能劃分方法。
　　針對SERCOSⅢ實時以太網的實現(xiàn)和應用進行研究，選用通用嵌入式通信模塊comX作為SERCOSⅢ主站，完成了SERCOSⅢ通信協(xié)議的配置和實現(xiàn)，在此基礎上將comX作為字符設備，設計并完成了comX在RT-Linux環(huán)境下的驅動和應用開發(fā)。
　　針對工業(yè)機器人運動控制速度規(guī)劃算法進行研究，利用加減速段的對稱性開發(fā)實現(xiàn)了七段式S型曲線快速速度規(guī)劃算法;在此基礎上，考慮機器人各關節(jié)的同步運動問題，

4、實現(xiàn)了一種關節(jié)空間多軸同步速度規(guī)劃算法，以運動時間最長的軸為參考，對其它軸進行同步規(guī)劃，以保證各軸同步運行，且運行時間最短。
　　針對工業(yè)機器人的軌跡插補算法進行研究，開發(fā)實現(xiàn)了關節(jié)空間內的PTP插補以及直角空間內的直線和圓弧插補等常規(guī)的插補算法。此外，針對復雜曲線插補問題，提出了改進的基于S型曲線的NURBS軌跡插補算法，首先采用改進的Admas微分方程方法對參數(shù)進行預估，并根據弦高誤差、速度和加速度等約束條件實現(xiàn)了參數(shù)的自適應