基于运动控制器的scara机器人及控制系统设计

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1、55基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计1绪论1.1SCARA机器人的现状、发展SCARA（平面关节型）机器人是一种精密型装配机器人，在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。迄今为止，SCARA机器人仍被认为是自动加工生产中不可或缺的元素。在各种自动机械手臂的选择中，SCARA是被广泛认可的。由于它的速度、成本效率、可靠性和在工作过程中的小轨迹，使它在很多的工作中仍然是最好的机器人，比如：分配、装载、包装、安放以及装配和码跺等。

2、近年来，其有效载重能力的提高，对智能系统地整合以及末端感应器种类的增加等因素都很好的扩展了SCARA机器人的应用。但是，对于机器人的控制大部分仍是以嵌入式单片机为核心的,其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要,日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展,尤其是高速度数字信号处理器DSP（DigitalSignalProcessor）的出现,从根本上解决了嵌入式系统运算能力不足的问题,并为机器人运动控制系统的改进提供了新的途径。该设计正是从这一点出发,选用控制能力很强的DSP芯片作为机器人控制器

3、的主处理器,设计出一套功能强大、使用方便的机器人运动控制系统,从根本上解决了单片机带来的各种问题。1.2运动控制器的现状、发展目前，国内外的运动控制器大致可以分为3类：（1）以单片机或微处理器作为核心的运动控制器。这类运动控制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。（2）以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器。这类运动控制器结构比较简单，但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备

4、，这类运动控制器不能满足要求。（3）基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。这类开放式运动控制器以DSP芯片作为运动控制器的核心处理器，以PC机作为信息处理平台，运动控制器以插卡形式嵌入PC机，即"PC+运动控制器"的模式。这样将PC55基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。这类运动控制器充分利用了DSP的高速数据处理功能和FPGA的超强逻辑处理能力，便于设计出功能完善、性能优越的运动控

5、制器。这类运动控制器通常都能提供板上的多轴协调运动控制与复杂的运动轨迹规划、实时的插补运算、误差补偿、伺服滤波算法，能够实现闭环控制。由于采用FPGA技术来进行硬件设计，方便运动控制器供应商根据客户的特殊工艺要求和技术要求进行个性化的定制，形成独特的产品。以上第一类运动控制器由于其性能的限制，在市场上所占份额较少，主要应用于一些单轴简单运动的场合，往往还面临同PLC厂商提供的定位控制模块的激烈竞争。第二类运动控制器因其结构简单、成本较低，占有一定的市场份额，但由于其专用芯片（ASIC）能提供运动控制的基本功能，用户可以利用该芯片设计专用的控制器而分薄了这类运动控

6、制器的市场份额。第三类运动控制器是一种开放式系统，是目前国内外运动控制器产品的主流。55基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计2任务分析2.1课题的意义通过对SCARA机器人的结构及运用基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器对SCARA机器人的设计，设计一款信息处理能力强、开放程度高、并能充分利用DSP的计算能力，进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳、通用性更好的SCARA控制系统，方便用户根据SCARA机器人的结构特点对SCARA机器人的控制。

7、2.2课题的主要任务（1）SCARA机器人机械结构的设计。（2）掌握运动控制器的工作原理。（3）掌握伺服电机、步进电机及相应驱动器的工作原理，能将它们正确连接。（4）运动控制器与PC机、驱动装置硬件的正确连接，并能正确实现简单的调试程序。（5）控制软件的编写，实现控制器对4个电机轴速度、位置的协调控制。（6）制作SCARA型机器人的运动学、动力学模块。（7）利用Delphi做出系统的控制软件。55基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计3系统构建3.1选择运动控制器3.1.1根据SCARA工作特点，确定伺服电机的类型简单的说：伺服电机是含有码盘反馈的，相当

8、于一个闭环的控制系统，它