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基于PMAC的并联机器人控制系统人机界面的开发

作　者: 尹卿朵
导　师: 李贻斌
学　校: 山东大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: PMAC 并联机器人控制系统人机界面
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

控制器是机器人系统的核心之一,其性能和体系结构对机器人的影响巨大。随着工业生产的快速发展和机器人研究的广泛开展,对机器人控制系统的开放性要求越来越高,越来越迫切。机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机,该操作机能借助可编程操作处理材料、零件、工具和专用装置,从而执行各种任务。传统的机器人系统采用了结构封闭的专用控制器,使用专有的主控计算机及操作系统,采用专用的微处理器及固化的控制算法。这种机器人的开放性和集成能力很差,系统改造的代价非常昂贵。该类型的机器人已经难以满足工业领域和研究领域对机器人的开放性要求。因此,开放式机器人控制器技术应运而生。运动控制器是以中央逻辑控制器为核心,以传感元件为信号敏感元件,以动力装置(如电机)和执行单元为控制对象的一种控制装置。运动控制器的主要任务是根据作业需要和传感器接收到的信号进行一定的逻辑或者数学运算,为电机或者其他动力装置提供正确的控制信号。可编程多轴运动控制器即PMAC (Programmable Multiple-Axis Controller)是美国Delta Tau公司在开放式体系结构的标准之上开发的一种建立在PC平台上的可编程多轴运动控制器,它提供了运动控制、内务处理、离散控制和与上位机的通讯等基本数字控制功能。本文对基于PMAC的并联机器人系统开发相关的技术进行分析研究,包括并联机器人的基本技术、开放式运动控制器的概念与分类以及可编程多轴运动控制卡的功能与软硬件系统结构以及开发流程。在分析研究的基础上设计了控制系统的整体控制方案,在此基础上进行了硬件系统的设计,并对相关的硬件设备进行了分析,并给出了PMAC的详细安装编程调试过程。对基于PMAC的并联机器人控制系统的上位机软件系统进行了设计,主要包括系统架构设计、功能模块分析、以及具体功能模块的开发过程。论文使用PMAC搭建并联机构运动控制系统,属于PC+运动控制卡结构的控制系统,系统的功能由PC上位机和下位控制卡共同分担而成,其中PC采用工业控制计算机作为主控计算机,组件采用商用标准化模块；以多轴运动控制器PMAC为系统从机,主控机和系统从机结合构成主从分布式结构体系。该体系结构可以更充分的利用主控计算机的计算和处理能力,从而提高了系统资源的利用效率。在软件系统方面,上位机应用软件的主要任务是进行整个控制系统的后台管理和人机交互管理、调度程序完成实时性不是很强的任务,对于插补计算、伺服环更新、位置计算等则由下位机完成。本文中上位机主要完成系统参数初始化、人机界面交互、机器人运动姿态实时显示与轨迹的仿真对比等功能。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题研究背景  11-12
    1.1.1 开放式机器人控制器的兴起  11
    1.1.2 开放式机器人控制器的软硬件平台  11-12
  1.2 国内外研究发展现状  12-14
    1.2.1 国外现状  12-14
    1.2.2 国内现状  14
  1.3 论文的主要内容和结构组织  14-16
    1.3.1 主要内容  14-15
    1.3.2 结构组织  15-16
第2章基于PMAC的并联机器人主要技术研究与分析  16-30
  2.1 开放式运动控制器  16-19
    2.1.1 运动控制概述  16
    2.1.2 运动控制分类  16-19
  2.2 可编程多轴运动控制器(PMAC)的分析  19-25
    2.2.1 PMAC的基本功能  19-20
    2.2.2 PMAC的硬件系统  20-22
    2.2.3 PMAC的软件系统  22-23
    2.2.4 PMAC的软件工具  23
    2.2.5 PMAC系统应用过程  23-25
  2.3 并联机器人技术研究及应用  25-29
    2.3.1 机器人的结构与分类  25-26
    2.3.2 并联机器人的发展概况  26-27
    2.3.3 并联机器人结构简介  27-28
    2.3.4 并联机器人的应用领域  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 PMAC控制系统硬件的分析与设计  30-40
  3.1 开放式控制系统设计的基本原则  30-31
  3.2 控制系统方案  31
  3.3 系统硬件配置  31-36
    3.3.1 控机  32-33
    3.3.2 PMAC2A-PC/1044/8轴卡  33-34
    3.3.3 双端口存储器DPRAM  34-35
    3.3.4 伺服系统  35-36
  3.4 PMAC的准备工作设置  36-39
    3.4.1 PMAC2A PC/104的跳线设置  36-37
    3.4.2 PMAC及其执行程序的安装  37
    3.4.3 上位机下位机通信程序的建立  37-38
    3.4.4 PMAC与伺服驱动器的连接  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 PMAC软件系统分析与设计  40-61
  4.1 基于PMAC的并联机器人软件系统总体设计  40-43
    4.1.1 总体设计原则  40
    4.1.2 软件系统架构  40-41
    4.1.3 系统平台功能分析  41-43
  4.2 系统编程环境与动态链接  43-48
    4.2.1 Visual Studio C++2008  43-44
    4.2.2 微软基础类库(MFC)  44-46
    4.2.3 PMAC动态链接库  46-48
  4.3 软件系统模块开发  48-59
    4.3.1 人机交互模块  48-49
    4.3.2 通讯功能模块  49-52
    4.3.3 手动控制模块  52-56
    4.3.4 运动算法模块  56-57
    4.3.5 信息监控模块  57-58
    4.3.6 运动仿真模块  58-59
  4.4 本章小结  59-61
第5章总结与展望  61-63
  5.1 工作总结  61
  5.2 未来工作展望  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
学位论文评阅及答辩情况表  67

基于PMAC的并联机器人控制系统人机界面的开发

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