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乒乓机器臂的电气设计和实时系统开发

作　者: 季岁阳
导　师: 项基
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 七自由度 乒乓球机器人 机械臂 伺服系统 实时控制
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


机器人技术在当今世界飞速发展,进入新世纪以后机器人技术的发展可谓有目共睹。机器人技术水平体现了一个国家整体的工业自动化、高新技术发展的水平。近年来,各式各样琳琅满目的娱乐机器人出现在人们的生活中,乒乓球机器人就是其中一个典型的代表。虽然中国作为一个乒乓球运动的大国、强国在乒乓球这项竞技运动中展现了很强大的实力,但是在乒乓球机器人领域的研究则处于刚起步的阶段,国外相关研究开展的较早一些。本文以本实验室自2004年开展国内首个乒乓球机器人系统为背景,承接一代、二代机器人的开发,进行第三代乒乓球机械臂的开发。本课题为国家863重点科研项目“基于仿人高性能单元与系统”的资助与支持。本文的研究主要基于以下几个问题,首先总结了国内外娱乐机器人以及乒乓球机器人的发展现状,分析了其他学者研究的乒乓球机器人的异同点。接着开始介绍本文研究的乒乓球机械臂的电气设计,包括了机械结构以及电机选型、调试。接着重点介绍了对实时性要求极高的多电机控制的通讯系统建立,比较了不同现场总线技术在本乒乓球机械臂研究中的实际应用,比较并分析了它们的实时性差异。之后介绍了两种本研究中的多电机运动控制算法,并比较了其优缺点。接着设计了本乒乓球机械臂的上位机控制软件,并对基于windows环境的上位机开发中遇到的问题进行了研究解决。最后一部分中,对本文研究进行了总结并分析了存在的问题以及今后努力的方向。本文设计的目标是实现一个基于多电机的乒乓球机械臂,实现其电气设计以及实时系统的开发。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 引言  11
  1.2 国内外娱乐机器人现状  11-13
  1.3 乒乓球机器人研究现状  13-16
    1.3.1. 国外乒乓球机器人研究现状  13-15
    1.3.2. 国内乒乓球机器人研究现状  15-16
  1.4 问题提出  16-17
  1.5 本论文的主要工作  17-18
第2章 乒乓球机械臂控制硬件平台设计  18-40
  2.1 乒乓球机械臂电气选型设计  18-32
    2.1.1. 机械臂电机选型  18-19
    2.1.2. 谐波减速器选型  19-21
    2.1.3. 机械臂建模及选型设计  21-32
  2.2 乒乓球机械臂电机驱动方案  32-35
  2.3 电机运行调试  35-40
    2.3.1. 电机电流环调试  36-37
    2.3.2. 电机速度环控制调试  37-38
    2.3.3. 电机位置环控制介绍  38-40
第3章 乒乓球机械臂通讯系统实时性比较研究  40-58
  3.1 基于CAN总线的多电机控制通讯系统实现  40-51
    3.1.1. 上位机CAN总线通讯模块硬件设计  40-42
    3.1.2. 上位机CAN总线通讯模块软件设计  42-48
    3.1.3. 基于CAN总线的多电机通讯时间测试  48-51
  3.2 基于工业以太网的多电机控制通讯系统实现  51-55
    3.2.1. 以太网转CAN方案硬件设计  51-52
    3.2.2. CAN-NET以太网转CAN软件模块设计  52-54
    3.2.3. 基于工业以太网的多电机通讯时间测试  54-55
  3.3 基于EPA的多电机控制通讯系统实现  55-58
    3.3.1. EPA简介  55-56
    3.3.2. 基于EPA的多电机通讯系统应用实时性研究  56-58
第4章 多电机限位及避障控制算法研究  58-65
  4.1 电机限位扩展电路硬件设计  58-61
  4.2 多电机运动控制算法研究  61-65
    4.2.1. 基于雅可比零空间梯度投影法的电机控制算法  62-63
    4.2.2. 基于阻尼最小二乘的电机控制算法  63-65
第5章 WIN32环境下上位机软件开发及相关问题解决  65-69
  5.1 上位机开发环境及软件开发工具选择  65
  5.2 上位机软件精确计时问题解决  65-66
  5.3 Winpcap网络驱动库介绍  66-67
  5.4 上位机控制系统软件设计  67-69
第6章 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 不足以及对今后工作的展望  70-71
参考文献  71-73

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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 > 专用机器人
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