基于POWERLINK总线的机器人控制系统研究

【摘要】：机器人是计算机、控制理论、结构学和人工智能等多学科交叉的高新技术产品,其应用场合广泛,逐渐成为当代技术研究的新热点。工业机器人的占有率是一个国家加工制造业科技水平的体现。机器人的应用不仅仅是对现有劳动力的替换,而是对社会劳动力的一次巨大提升。工业机器人可以完成传统生产加工中的搬运、码垛、焊接、打磨等多种工艺,而且工业机器人在要求持续长时间、高精度、工作环境的恶劣的场合,相比于人类劳动力更加经济高效。但是现有的机器人控制系统相对封闭,不利于系统维护和二次开发。本课题在研究国内外机器人发展现状与工业现场实际需求的基础上设计了一种基于Ethernet POWERLINK现场总线的开放式机器人控制系统。论文的主要工作放在深入研究Ethernet POWERLINK的通信机制并开发了控制器上通用的伺服驱动器控制库,并最终采用模块化架构完成了低耦合度、高移植性的机器人软件控制系统。首先,对国内外机器人行业的产业现状与关键技术研究做深入调查,确定了课题研究的重点工作方向。其次,结合科学理论知识研究了机器人控制系统中软件编写时必要的运动学正逆解,工具坐标系标定等算法基础。再次,在系统的硬件组态时充分考虑到设计系统必要的开放性,基于开源的Ethernet POWERLINK现场总线,选取了支持总线的网络化伺服驱动器并且在控制器端开发了适用于第三方伺服驱动器的运动控制库,机器人示教器与控制器间采用TCP/IP协议进行通信,系统硬件模块可实现“即插即用”。最后,软件系统设计遵从模块化的软件编程思想对机器人控制系统进行架构,运动控制层将应用模块与物理硬件层隔离,机器人系统应用层的应用模块将各自的功能封装在模块内,可根据具体应用场合独立设计特有功能模块,通讯协议层通过应用模块接口实现机器人的控制。