多轴机器联动控制体系构设

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1、多轴机器联动控制体系构设第1章绪论1.1引言工业机器人是现代工业控制中一个比较新的领域，它综合了很多学科的知识，如电气工程、机械工程、传感器技术、计算机工程、系统工程等。由于工业机器人可以代替人去执行各种危险的操作，大大提高了生产效率，可以很好地控制了人力成本。同时，机器人的操作精度高，可重复性强，可以胜任各种工业环境下的操作任务，是未来工业控制的发展方向，对一个国家的制造业有着及其重要的作用。它的发展水平也成了一个国家工业自动化程度的标志。世界上的第一台工业机器人诞生于1959年，由美国的Unimation公司建造

2、。之后，由于人工智能学界的大力支持，机器人很快被应用于工业现场及科学研究。到了上世纪80年代，由于当时传统行业的机器人已经达到饱和，造成机器人产品的堆积，使得很多厂家纷纷倒闭或被兼并。此后，整个机器人行业虽然有升有降，但一直保持着整体上扬的趋势。2008-2009年的经济危机给机器人行业造成了很大的冲击，根据国际机器人联合会2012年的报告，2009年全年机器人销量同比下降46%[2]，到达一个谷底。此后，随着全球经济的复苏，工业机器人的销量又开始快速回升。2011年全球机器人销量达到了166028台，同比增长38%

3、(如图1.1所示）[2],创造了历史最高值。目前，整个机器人市场估值将达到85亿美元，很有商业前景。工业机器人作为延伸人类智慧的新一代生产力，融合了各领域最先进的技术，到于我国丄业界有着越来越大的影响力。随着我国制造业的发展，在机器人领域的投入也逐年增加。据估计，从2006年到2011年，我国万名工业劳动者使用的机器人数量从36台增加到141台。随着我国产业结构升级，生产的自动化将是一个大趋势。因此，机器人市场在一段时期内仍将保持增长的势头[3]。目前，国外工业发达国家机器人制造技术已经日趋成熟。著名的机器人厂家有日

4、本的安川、FANUC、松下，德国的KUKA、CLOOS,瑞典的ABB，意大利的AU，奥地利的IGM以及美国的Miler等[34]。我国机器人领域的起步较晚，大约只经过了30年的发展。但是由于国家的重视和支持，大量的资金投入到了工业机器人的研制当中，涌现出了如沈阳新松机器人、哈尔滨博实自动化、奇瑞汽车股份等一系列有特色的机器人生产厂家[5]。虽然我国生产的工业机器人相比以前已经有了长足的进步，但是对于一些有高速度、高精度要求的场合仍然无法胜任。我国目前90%的工业机器人仍然需要从国外进口，一些核心的控制系统更是被国外一

5、些大公司所垄断[3]。因此，发展我国自己的高端机器人，刻不容缓。1.2运动控制系统所谓运动控制，就是对电机等执行机构的位置、速度等进行实时的管理，使其按照预期的运动轨迹和设定的动态参数进行运动。通常，运动控制系统主要由控制器、驱动器、执行机构、被控对象和传感器组成。它的系统结构图如图1.2所示。早期的运动控制系统即为個服机构，它的原理是利用负反馈使得输出能够跟踪输入的变化，当时主要应用于航船的稳定性与自动导航。1922年，美国的Minorsky发表了关于位置反馈控制系统的文章，首次提出了比例-积分-微分(PID)控制

6、，使得精确定位问题能够得到很好的解决。此后，随着控制理论的发展，個服机构逐渐应用于需要根据测量得到的偏差来修正物体位置、速度、加速度的系统。特别是第二次世界大战中抢炮武器的轨迹控制以及导航技术要求的不断提高，被控对象范围和应用领域的不断护大，伺服不再是一个简单的机械或者电子学的问题，而是演化成一个多学科交叉的综合研究领域，即为现在所说的运动控制系统。第2章控制系统平台设计2.1系统构架AM3517芯片内部包含独立的SDRAM控制器，可以方便地对外部存储器进行控制。给控制单元主要由L3总线、MPU系统、DMA和SDRA

7、M子系统4部分构成。L3总线是AM3517内部总线的一种，主要用于传输外部存储器数据，支持小端格式，最高兼容64位系统。MPU则是AM3517的ARM内核与L3总线传输数据的控制结构。SDRAM主要由SMS和EMIF两部分组成。SMS(SDRAMMemoryScheduler)用来进行调度操作和保证安全传输，EMIF(ExternalMemoryInterface)则对突发摸式、ODT支持和刷新技术进行了性能保证[19]。同时，总线还支持以DMA方式操作SDRAM，使得外设可以直接操作内存，减轻了处理器的压力。系统总

8、体框图见图2.2。AM3517支持的SDRAM类型是DDR2。在芯片内部，SDRAM的内存空间从0x80000000到OxBFFFFFFF，一共IG-Byte。考虑到内存芯片的价格因素和实际需求，本系统并未使用全部的IG-Byte空间，而是在外部扩展了1片IG-Bit的DDR2芯片。这里采用了三星一款容量为128MB的DDR2-667芯片K4T