工業(yè)機器人的運動(dòng)控制系統探討論文
摘要:隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步,社會(huì )開(kāi)始普及機器人產(chǎn)品,產(chǎn)品性能直接影響社會(huì )發(fā)展水平,需要及時(shí)改造和創(chuàng )新機器人技術(shù)。航空航天、工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)中已經(jīng)廣泛應用工業(yè)機器人,因此，未來(lái)發(fā)展研究六自由度工業(yè)機器人運動(dòng)控制系統尤為重要。
關(guān)鍵詞:六自由度；工業(yè)機器人；運動(dòng)控制系統
自動(dòng)化工業(yè)系統中工業(yè)機器人是一種不可或缺的設備,為人類(lèi)社會(huì )進(jìn)步和歷史發(fā)展奠定基礎。隨著(zhù)社會(huì )生產(chǎn)力的全面提升,越來(lái)越多的勞動(dòng)力被需要,這就使得逐漸凸顯出重復勞動(dòng)力的問(wèn)題,為了有效解決上述問(wèn)題,機器人是一種良好措施。雖然工業(yè)機器人研究方面具備一定成績(jì),但是相比國外發(fā)達國家來(lái)說(shuō),還是具備一定差距,為此需要進(jìn)一步研究六自由度工業(yè)機器人,集中闡述運動(dòng)控制系統。
1設計運動(dòng)控制系統基本方案
基于六自由度工業(yè)機器人基本系統的基礎上來(lái)構建控制系統,六自由度工業(yè)機器人運動(dòng)控制系統主要包括兩個(gè)部分：軟件和硬件。軟件主要就是用來(lái)完成機器人軌跡規劃、譯碼和解析程序、插補運算,機器人運動(dòng)學(xué)正逆解,驅動(dòng)機器人末端以及所有關(guān)節的動(dòng)作,屬于系統的核心部位。硬件主要就是為構建運動(dòng)控制系統提供物質(zhì)保障[1]。
2設計硬件控制系統
在六自由度工業(yè)機器人的前提下,利用ARM工控機來(lái)設計系統方案。下位機模塊是DMC-2163控制卡。通過(guò)以太網(wǎng)工控機能夠為DMC-2163提供相應的命令,依據命令DMC-2163執行程序,并且能夠發(fā)出控制信號。利用伺服放大器對系統進(jìn)行放大以后,驅動(dòng)設備的所有電機進(jìn)行運轉,保障所有環(huán)節都能夠進(jìn)行動(dòng)作。工業(yè)機器人通過(guò)DMC-2163輸送電機編碼器的位置信號,然后利用以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行反饋,確保能夠實(shí)時(shí)監控和顯示機器人的實(shí)際情況。第一,DMC-2163控制卡,設計系統硬件的時(shí)候,使用Galil生產(chǎn)的DMC控制器,保障能夠切實(shí)滿(mǎn)足設計的性能和精度需求,選擇DMC-2163控制器來(lái)設計六自由度工業(yè)機器人,依據系統API來(lái)二次開(kāi)發(fā)工控機。第二,嵌入式ARM工控機。實(shí)際操作中為了滿(mǎn)足系統高性能、可靠、穩定的需求,使用嵌入式FreescaleIMx6工控機,存在1.2GHz主頻率。Cortex-A9作為CPU，擁有豐富的硬件資源,能夠全面滿(mǎn)足設計六自由度機器人的需求[2]。
3設計和實(shí)現控制系統軟件
3.1實(shí)現NURBS插補依據系統給定的控制頂點(diǎn)、節點(diǎn)矢量、權因子來(lái)對NURBS曲線(xiàn)進(jìn)行確定,插補NURBS曲線(xiàn)的關(guān)鍵實(shí)際上就是利用插補周期范圍內存在的步長(cháng)折線(xiàn)段來(lái)對NURBS曲線(xiàn)進(jìn)行逼近,因此,想要實(shí)現NURBS插補就需要切實(shí)解決密化參數和軌跡計算兩方面內容。第一,密化參數。實(shí)際上就是依據空間軌跡中給定的補償來(lái)對參數空間進(jìn)行映射,利用給定步長(cháng)來(lái)計算新點(diǎn)坐標和參數增量。第二,軌跡計算。實(shí)際上就是在具體體現空間回軌跡的時(shí)候合理應用參數空間坐標進(jìn)行反向映射,以便于能夠得到對應的映射點(diǎn),也就是插補軌跡新點(diǎn)坐標。為了有效提升插補實(shí)時(shí)性以及速度,需要進(jìn)行預處理,確�？梢越档陀嬎懔�。通過(guò)阿當姆斯算法,有機結合前、后向差分來(lái)進(jìn)行計算,保障能夠防止計算隱式、復雜的方程。為了確�？梢杂行У剡M(jìn)行插補計算,設計過(guò)程中通過(guò)Matlab平臺進(jìn)行仿真處理[3]。3.2實(shí)現ARM工控機基于A(yíng)RM工控機來(lái)展現六自由度工業(yè)機器人運動(dòng)控制系統的軟件,實(shí)際操作中開(kāi)發(fā)軟件環(huán)境是首要問(wèn)題,把Linux系統安裝在FreescaleIMx6中,構成ubuntu版本的控制系統,并且系統中移入嵌入式Qt,并且在ubuntu中移入DMC控制器中的Linux庫[4]。利用圖形用戶(hù)界面來(lái)設計軟件,構件主體框架的時(shí)候合理應用QMainWindows,為了能夠全面實(shí)現系統所有模塊的基本功能,需要合理應用QDialog、QWidget類(lèi),通過(guò)Qt信號、配置文件、事件管理、全局變量等來(lái)展現模塊的.信息交流功能�？刂栖浖到y包括以下幾方面內容：第一,文檔管理模塊。文檔管理模塊能夠保存文件、重新構建文件,是一種可以被DMC-2163解析的文檔二字符指令集,以便于能夠簡(jiǎn)單控制代碼測試機器人的軸[5]。第二,與下位機通訊模塊,這部分實(shí)際上就是通過(guò)DMCComandOM()函數來(lái)對編碼器數值進(jìn)行關(guān)節轉角數據的獲取,計算運動(dòng)軌跡的時(shí)候應用正逆運動(dòng)學(xué),同時(shí)利用DMCdownloadFile()函數,在控制器中下載運動(dòng)指令。第三,人機界面模塊。這種模塊主要就是用來(lái)更新和顯示機器人運動(dòng)狀態(tài)的,此外也能夠設置用戶(hù)輸入的數據,保障能夠實(shí)時(shí)監控和控制機器人的基本情況。第四,運動(dòng)學(xué)分析模塊,在已經(jīng)獲取末端連桿姿態(tài)和位置的基礎上,來(lái)對機器人轉角進(jìn)行計算的方式就是逆解。在已經(jīng)計算出關(guān)節轉動(dòng)角度的基礎上,來(lái)對空間中機器人姿態(tài)和位置進(jìn)行求解的方式就是運動(dòng)學(xué)正解。機器人想要正確運行的前提就是運動(dòng)學(xué)分析模塊,并且對機器人目標點(diǎn)是否符合實(shí)際情況進(jìn)行分析,保障能夠及時(shí)更改錯誤。第五,軌跡規劃模塊。這種模塊可以為完成基本運動(dòng)作業(yè)提供依據,不僅可以完成圓弧運動(dòng)和直線(xiàn)運動(dòng),也能夠進(jìn)行NURBS插補,保障能夠自由地進(jìn)行曲線(xiàn)運動(dòng)。第六,機器人在完成十分復雜的再現和示教操作的時(shí)候,利用再現模式界面來(lái)對示教動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)操作。第七,設置系統。設計的過(guò)程中應該對系統進(jìn)行合理設置,如限制運動(dòng)權限、進(jìn)入系統的密碼、機器人系統參數等。在設置系統參數的時(shí)候,能夠在六自由度工業(yè)機器人中來(lái)實(shí)現控制系統軟件的基本作用,以此來(lái)保障控制軟件系統設計的通用性。第八,狀態(tài)顯示模塊。這種模塊可以具體顯示完成作業(yè)的進(jìn)度、機器人安裝的姿態(tài)和位置、控制器I/O。第九,設置機器人參數,一般來(lái)說(shuō)主要包括伺服驅動(dòng)倍頻比/分頻比、運動(dòng)學(xué)DH參數,六自由度工業(yè)機器人設計結構取決于DH參數;機器人DMC控制卡輸送單個(gè)脈沖過(guò)程中的關(guān)節轉動(dòng)角度取決于倍頻比/分頻比[6]。3.3運行系統軟件軟件控制系統設計中成功測試各模塊以后,在程序主框架中進(jìn)行合理應用,以便于設計實(shí)現機器人系統。成功測試系統軟件以后具備運動(dòng)控制系統的基本功能。
4結語(yǔ)
綜上,在基于目前已經(jīng)存在的六自由度機器人系統上來(lái)設計運動(dòng)控制系統,嵌入式ARM工控機和DMC-2163控制卡是硬件系統設計的關(guān)鍵。在Ubuntu的基礎上構建Qt平臺,此時(shí)合理科學(xué)地設計軟件系統。此外把NUBRS插補計算方式融入到控制系統中,保障在軌跡空間中機器人末端能夠形成自由曲線(xiàn)軌跡。運動(dòng)控制系統為機器人提供圖形界面,能夠為系統運行提供比較好的擴展性、高通用性,并且操作也十分方便,因此這種運動(dòng)控制系統應用具備廣闊的前景。
參考文獻
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