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码垛机器人嵌入式控制系统研究

作 者: 杨洋
导 师: 姜树海
学 校: 南京林业大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 码垛机器人 控制 嵌入式 Linux
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 104次
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内容摘要


随着机器人技术的发展,工业机器人技术在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低工人劳动强度等方面具有很大潜力。传统机器人多采用PLC和工控机控制,这种控制器存在着体积庞大、功耗高等缺点。因此,我们以码垛机器人为对象,开展了针对ARM微处理器结合运动控制芯片的嵌入式控制系统研究。它能同时满足硬实时性和多任务的要求,嵌入式系统的引入使其他智能模块都以设备的形式存在,从而使数据融合更方便,运行多任务也更稳定,大量地减轻研发任务量,提高研发速度。码垛机器人的嵌入式控制系统研究对工业机器人控制系统研究具有重要的理论与实际意义。基于码垛机器人的自身特点和在工业实际环境中的作业需求,采用基于ARM9与嵌入式Linux操作系统结合舵机控制器的控制系统,在此基础上开展相关软硬件设计,论文具体完成以下工作:(1)论文阐述了课题研究的目的与意义,详细介绍了码垛机器人和工业机器人的国内外研究现状,给出了论文研究的主要内容。(2)基于码垛机器人的结构特征,进行机构与动力学分析,确定适合码垛机器人的最优轨迹运行方式。(3)根据码垛机器人机器人嵌入式控制系统设计要求,采用ARM9系列的嵌入式处理器作为主控芯片,MCX314AL为运动控制芯片,嵌入式Linux为操作系统,在此基础上将主控器与运动控制芯片实现ISA总线连接,实现机器人的运动控制。(4)针对相应的硬件,编写相应的函数代码,移植相应的程序。根据设计需求搭建机器人运行环境,设计相应的底层驱动、上层应用程序与码垛机器人的操作界面。(5)结合具体需求,对机器人进行仿真测试,分析、总结获得的数据。鉴于课题的前期基础和以上的工作,我们设计并制作码垛机器人机器人的嵌入式控制系统,为课题的未来进一步研究奠定了理论与技术基础。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题的研究目的及意义  8
  1.3 国内外码垛机器人研究现状  8-13
    1.3.1 国外码垛机器人研究现状  8-11
    1.3.2 国内码垛机器人研究现状  11-13
  1.4 国内外码垛机器人控制系统研究现状  13-14
  1.5 课题研究内容和主要工作  14
  1.6 小结  14-15
第二章 码垛机器人的机构和运动学分析  15-21
  2.1 引言  15
  2.2 码垛机器人本体的机构分析  15-16
  2.3 运动学分析  16-19
  2.4 轨迹运行方式  19-20
  2.5 小结  20-21
第三章 码垛机器人嵌入式控制系统总体设计  21-24
  3.1 引言  21
  3.2 嵌入式控制系统功能需求  21
  3.3 主体方案的确立  21-22
  3.4 嵌入式控制系统软硬件选型  22-23
    3.4.1 嵌入式运动控制器  22
      3.4.1.1 嵌入式微控制器  22
      3.4.1.2 运动控制芯片  22
    3.4.2 嵌入式操作系统  22-23
  3.5 小结  23-24
第四章 码垛机器人运动控制器硬件设计  24-32
  4.1 引言  24
  4.2 主控制器  24-25
    4.2.1 主控制器核心板与扩展板  24-25
  4.3 DSP 运动控制芯片  25-31
    4.3.1 运动控制芯片 MCX314AL 介绍  25-27
    4.3.2 MCX314AL 运动控制模块设计  27-31
      4.3.2.1 运动控制芯片与主控制器的接口电路  27
      4.3.2.2 输出脉冲接口  27-28
      4.3.2.3 伺服驱动通用输入接口  28
      4.3.2.4 外部脉冲控制输入接口  28-29
      4.3.2.5 超程限位开关输入接口  29-30
      4.3.2.6 减速停止与立即停止开关输入接口  30
      4.3.2.7 急停输入接口  30
      4.3.2.8 编码器信号输入接口  30-31
  4.4 小结  31-32
第五章 码垛机器人嵌入式控制系统软件设计  32-60
  5.1 引言  32
  5.2 Linux 操作系统在主控器上的移植  32-41
    5.2.1 嵌入式 Linux 操作系统移植概述  32
    5.2.2 U-boot 的移植  32-34
    5.2.3 Linux 内核移植  34-38
    5.2.4 根文件系统移植  38-41
      5.2.4.1 根文件系统介绍  38
      5.2.4.2 Busybox 配置  38-39
      5.2.4.3 根文件系统的制作  39-41
  5.3 Linux 下驱动程序概述  41-44
    5.3.1 Linux 系统设备分类  41-42
    5.3.2 设备驱动程序工作原理  42
    5.3.3 Linux 设备驱动的设计与实现  42-44
  5.4 MCX314AL 驱动程序设计  44-47
  5.5 MCX314AL 控制程序设计  47-54
    5.5.1 MCX314AL 工作方式  47-49
    5.5.2 应用程序设计  49-54
  5.6 图形用户界面设计  54-59
    5.6.1 Qt Creator 的安装  55-56
    5.6.2 Qt 的开发流程  56
    5.6.3 各模块的设计  56-59
  5.7 小结  59-60
第六章 码垛工业机器人仿真测试  60-64
  6.1 引言  60
  6.2 仿真实验  60-63
    6.2.1 单轴运动测试  60-61
    6.2.2 两轴直线插补运动  61-63
  6.3 小结  63-64
第七章 结论与展望  64-65
  7.1 引言  64
  7.2 作者的工作  64
  7.3 今后的工作  64-65
参考文献  65-67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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