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《北京工业大学》 2001年
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基于CAN总线的四自由度机器人分布式控制系统的研究和实现

张德民  
【摘要】: 论文针对四自由度机器人混合驱动的特点,结合最新机器人控制技术和方 法,并且考虑了教学实验的特殊需要,采用先进的现场总线和计算机控制技术, 开发研制出四自由度机器人全分布式控制系统。 机器人实验平台由机器人本体和控制系统两部分组成。机器人本体以四自由 度直角坐标机器人为核心。X轴采用基于比例伺服技术的气动驱动;Y轴采用全 数字交流电机伺服驱动;Z轴则采用直线气缸驱动;而R轴采用与Y轴相同的驱 动方式,同时其前端安装了真空吸盘,用于抓取工件。 论文在实现四自由度机器人本体结构和控制系统的前提下,重点研究了如何 解决气动伺服与电气伺服混合驱动的匹配问题以及如何解决多总线互联问题。 论文首先介绍了自己设计和开发的四自由度机器人实验平台的结构和功能; 在此基础之上,围绕四自由度机器人的控制,开展了全面而系统的论述。论文详 细介绍四自由度机器人控制系统的设计原则、硬件和软件设计思想;给出了基于 全分布式计算机网络控制系统的硬件和软件实现。硬件采用基于CAN总线技术 的一线制、多主方式的网络结构为控制平台。考虑到教学和实验方面的要求,整 个控制系统可以任意组合为主从工作方式和多主工作方式。在主从方式下,带有 CAN适配卡的PC机为主节点,其余5个现场控制器为从节点。利用Visual Basic6 语言在Windows NT4环境下设计和编制了基于PC机的开放式机器人运行控制程 序和人机界面。同时,开发研制了以微控制器P80C592为核心的CAN总线节点 控制通用模块,采用Keil C51高级语言编制了完整的CAN总线应用层协议程序 和节点控制程序。 论文采用完全分布式控制技术,将气动伺服与电动伺服分散控制,通过CAN 总线实现气动伺服与电动伺服之间的协调,很好解决了混合驱动问题。论文还采 用“多总线集成控制技术”,从而解决了非CAN总线设备与CAN总线的互联问 题。 论文最后给出了四自由度机器人实验研究结果。实验运行表明:机器人实验 平台和基于CAN总线的全分布式控制系统运行稳定、操作简洁、适应性广和扩 展性强,完全达到了设计目标。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TP242

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