机械手控制实验平台的设计与开发

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1、东北大学硕士学位论文摘要机械手是机器人研究最典型最常用的对象，能够自动完成焊接、磨削、喷涂、装配、搬运和医护等作业操作，因此在工业现场，特别是在恶劣危险以及要求精确性较高的环境中得到了广泛的应用。随着机器人控制深入研究，各种智能控制算法得以迅速发展。由于现行机械手实验平台的开放性和通用性较差。使得各种先进的控制算法在实验中不易实现，大部分控制算法研究大都局限于仿真层面，大部分实际生产的工业机械手仍以采用PID的控制方案为主流。针对现行机械手控制算法研究局限于仿真层面的现状，为了加强机械手控制的实验研究，提高机械手控制的精度，东北大学自动化研究

2、中心在985工程项目“流程工业自动化科技创新工作平台”中，提出了机器人控制实验平台的设计要求。本文依照开放式、模块化的设计思路，设计开发了一套通用性较强的机械手控制实验平台，可以对机械手的控制算法开展实验研究。本文的工作围绕以下几方面展开：1-参照机械手控制系统的通用模型，应用“上位机——下位机——控制对象”的设计思路对实验平台进行设计。从实验平台的测试功能和实验功能的要求出发，提出了模块化、开放性和通用性的设计思想，设计了机械手控制实验平台的整体结构。2．按照机械手控制实验平台的整体结构设计了该平台的硬件系统。硬件系统包括上位机和下位机两部

3、分，主要的工作是下位机控制台的设计，包括控制台的外观设计，接口设计和电气设计。在控制台的电气设计中涉及驱动电路设计，测试电路设计，通讯电路的设计，控制电路的设计以及电源的设计。设计工作完成后，对实验平台进行了成功的开发。3．基于机械手控制实验平台的整体结构设计了系统的软件结构。软件结构分为上位机和下位机两部分，上位机软件实现的功能为控制算法实现、通讯功能、仿真显示功能以及扩展功能；下位机软件基于硬件部分实现的功能，完成电机驱动、关节测试、工作模式切换、与上位机通讯以及对运动芯片的控制。4．实验平台开发成功后对机械手进行数学建模，应用位置速度P

4、D控制方法，未建模动态补偿控制方法和运动芯片编程控制方法在该实验平台上进行实验。实验中实现了实验平台的测试功能和实验功能，验证了实验平台的通用性和易操作性，并对该实验平台的实验效果和实验性能作以总结，提出了进一步改进和完善东北大学硕士学位论文摘要该实验平台的方法。关键词：机械手控制，实验平台，运动控制，r乜}路设计II东北大学硕士学位论文AbstractThemanipulatoristhemosttypicalobjectinrobotresearch．Ithasbeenwidelyusedinhardanddangerousconditi

5、onsandcancompletetaskssuchasjointing，grinding，spraying，assembling，conveyingmadmedical．Wi廿lthedeeperresearch，manyintelligentcontrolschemesareproposed．Howevertheintelligentcontrolschemesarenoteasilyrealizedinpracticeandlimittosimulationresearchbecauseofbeinglackofopenandcommo

6、nexperimentplatform．AndtherobotmanipulatorinindustrytakesthePIDcontrollerasthemainstreamcontrolscheme．SothecontrolexperimentplatformoftherobotmanipulatorhasbeenurgentresearchinNortheasternUniversityautomationresearchcenter．Thecontrolexperimentplatformoftherobotmanipulatoris

7、designedinthispaperwithopenandmoduledesignproject．Manycontrolschemescanbecompletedinthisplatfoma．ThispaperCanbepartedintopartsasfollowing：1．Theplatformisdesignedwiththe“upstream—downstream—controlobject”controlpaRemaccordingtothecommonmodeloftherobotmanipulator．111ewholestr

8、uctureoftherobotmanipulatorisdesignedfromthedemandoftestingandexperimentfunctionwi