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大尺寸薄壁回转体移位机械手的控制系统设计

作　者: 李柯颖
导　师: 张国雄
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 大尺寸薄壁回转体移位机械手 电机控制 单片机 CPLD
分类号: TP241.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 34次
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内容摘要


随着现代制造技术的迅速发展,三坐标测量机正逐渐成为自动化生产中实现质量控制的主导设备。对一些复杂几何形状的工件,只有运用高精度的三坐标测量机,才能得到令人满意的检测结果。而对这些复杂几何形状的工件进行测量时,需要将它们用合适的工具运送到三坐标机的测量台上。本课题主要研究的是大尺寸薄壁回转体工件的专用运送装置——大尺寸薄壁回转体移位机械手的控制系统设计。本文根据大尺寸薄壁回转体移位机械手的主要功能要求,选择了适合的驱动方案和控制方法,并对直流伺服系统的数学模型进行了分析,并采用了PWM调速系统。在硬件电路方面,我们选择了单片机C8051F021和可编程逻辑器件CPLD作为核心芯片,完成对电机的驱动、电路板之间的通信、电源的管理和控制面板的管理等。在软件控制方面,我们采用PWM调速系统控制电机的速度,并采用RS-485作为串行通信接口。另外,我们在设计软件系统时,设计了手动操作和自动操作两套系统。最后,我们对控制系统进行了实验,经实验验证,该系统达到了预期的目标,可以广泛的应用到工业领域中。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 本课题研究背景  8
  1.2 课题来源及意义  8-9
  1.3 论文的主要工作  9-11
第二章 总体功能设计  11-17
  2.1 功能要求和设计方案  11-13
    2.1.1 主要功能要求  11-12
    2.1.2 设计方案  12-13
  2.2 驱动方式选择  13-14
    2.2.1 驱动电机的选择  13-14
    2.2.2 设计方案  14
  2.3 控制系统的控制方式及工作原理  14-16
  2.4 本章小结  16-17
第三章 控制系统硬件电路  17-57
  3.1 概述  17-18
  3.2 CPU 及CPLD 选型  18-24
    3.2.1 单片机与CPLD 的区别  18
    3.2.2 CPLD / FPGA 的优势  18-19
    3.2.3 C8051F 系列单片机简介  19-21
    3.2.4 CPLD 简介及选择  21-24
  3.3 单片机的外围电路  24-29
    3.3.1 复位电路  24-25
    3.3.2 时钟电路  25-27
    3.3.3 电源模块  27-28
    3.3.4 光电隔离电路  28-29
    3.3.5 LED 显示电路  29
  3.4 电机控制系统电路  29-39
    3.4.1 直流电机的PWM 调速系统  29-32
    3.4.2 直流电机驱动电路  32-33
    3.4.3 本系统采用的PWM 技术  33-34
    3.4.4 电机驱动芯片的选择  34-36
    3.4.5 本系统的电机驱动电路  36-38
    3.4.6 接近开关的控制  38-39
  3.5 通信电路  39-43
    3.5.1 串行通信总线标准  39-40
    3.5.2 RS-485 总线标准  40-42
    3.5.3 接地与匹配问题  42-43
  3.6 电源管理电路  43-52
    3.6.1 蓄电池的选型  43-45
    3.6.2 常用蓄电池的使用维护  45-47
    3.6.3 蓄电池电量监测电路  47-49
    3.6.4 充放电切换电路  49-50
    3.6.5 蓄电池充电电路  50-52
  3.7 控制面板的设计  52-55
  3.8 硬件电路的抗干扰设计  55-56
  3.9 本章小结  56-57
第四章 控制系统软件设计及仿真  57-68
  4.1 CPLD 软件概述  57-59
    4.1.1 硬件描述语言  57-58
    4.1.2 Quartus Ⅱ软件开发平台  58-59
  4.2 单片机系统软件设计  59-61
  4.3 CPLD 系统软件设计  61-67
    4.3.1 按键检测模块  61-62
    4.3.2 RS-485 的协议设定模块  62-63
    4.3.3 通信模块  63-65
    4.3.4 PWM 控制模块  65-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章 系统实验及数据分析  68-71
  5.1 控制面板工作实验  68-69
  5.2 电池电量监测实验  69-71
第六章 全文总结与展望  71-72
参考文献  72-74
附录：系统硬件设计原理图  74-79
发表论文和参加科研情况说明  79-80
致谢  80

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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 > 机械手 > 工业机械手
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