四軸工業(yè)機器人嵌入式運動控制器的設(shè)計.pdf

1、工業(yè)機器人運動控制器技術(shù)一直是機器人學術(shù)及工程領(lǐng)域的研究熱點。隨著機器人技術(shù)與系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中越來越廣泛的應(yīng)用,作為工業(yè)機器人系統(tǒng)重要的功能部件之一和工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的核心,運動控制器技術(shù)的創(chuàng)新推動工業(yè)機器人技術(shù)向前發(fā)展。本課題來源于哈工大機器人研究所海爾-哈工大實驗室工業(yè)機器人控制器研發(fā)項目,旨在設(shè)計一款面向通用型四軸工業(yè)機器人,具有自主知識產(chǎn)權(quán),低成本的嵌入式運動控制器。
　　本文主要介紹了該四軸工業(yè)機器人嵌入式運

2、動控制器的研究與實現(xiàn)。
　　首先,介紹了嵌入式運動控制器基于“ARM9主處理器+多 FPGA協(xié)處理器”硬件架構(gòu)的特點,并圍繞核心處理器,針對松下 A4數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器,設(shè)計了各個電路模塊。這些電路模塊分別實現(xiàn)四路位置脈沖信號輸出、四路增量式正交編碼器信號輸入、四路模擬電壓信號輸出及開關(guān)量信號輸入輸出。在電路設(shè)計中,采用光耦隔離、單端-差分信號轉(zhuǎn)化及繼電器電路,避免運動控制器受到來自驅(qū)動器的干擾。
　　其次,介紹了嵌入式運

3、動控制器分布式程序架構(gòu),即在ARM9中完成機器人運動軌跡插補和運動學逆運算,在 FPGA中實現(xiàn)底層關(guān)節(jié)電機閉環(huán)控制。本課題進行了基于FPGA的Verilog HDL程序設(shè)計。實現(xiàn)了FPGA與ARM9的SPI總線通信接口、FPGA與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的接口、FPGA與驅(qū)動器位置脈沖信號和編碼器信號的接口及開關(guān)量信號接口。并采用并行設(shè)計的方法,在FPGA中用Verilog HDL語言實現(xiàn)電機閉環(huán)控制位置環(huán) PID控制算法。通過在 FPGA中用硬件

4、描述語言實現(xiàn)電機閉環(huán)控制,可實現(xiàn)多軸并行控制及更高的可靠性。
　　最后,介紹了運動控制器電機控制實驗。電機控制實驗主要得出驅(qū)動器位置控制模式及速度控制模式下,運動控制器對電機進行位置閉環(huán)控制的精度。通過位置脈沖輸出及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路模擬電壓輸出兩個單元實驗分別評估了運動控制器位置脈沖輸出精度以及模擬電壓輸出精度。在兩個單元實驗的基礎(chǔ)上,對伺服驅(qū)動器及運動控制器的控制參數(shù)進行整定后,分別進行了驅(qū)動器在上述兩種控制模式下的電機控制實驗,得