六自由度開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、在機(jī)器人學(xué)的研究中，機(jī)器人控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。然而多數(shù)商用機(jī)器人的控制系統(tǒng)采取了封閉式的結(jié)構(gòu)：采用專用計(jì)算機(jī)作為上層主控機(jī)；使用專用機(jī)器人語言作為離線編程工具；采用專用微處理器，并將控制算法固定在EPROM 中。這樣的系統(tǒng)缺乏開放性，不便于系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)，擴(kuò)展性能較低。因此，研究具有開放式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)具有重要意義。 它也是目前國際上控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，國際上發(fā)達(dá)國家已在該領(lǐng)域展開了激烈的競

2、爭。本文的主要目標(biāo)是探討建立具有開放式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件、軟件平臺(tái)的方法，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人三維建模和可視化仿真研究的成果進(jìn)行介紹，最后對(duì)基于圖像的開放式機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)進(jìn)行初步探討。 本論文的研究對(duì)象是六自由度工業(yè)機(jī)器人。文章首先介紹了機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)，采用標(biāo)準(zhǔn)D-H 法則建立機(jī)器人空間運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上分析了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題。 然后，著重闡述了具有開放式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人

3、控制器的實(shí)現(xiàn)模式和開放特性，分析了控制器的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理，針對(duì)所建立的六自由度機(jī)器人本體，實(shí)現(xiàn)了具有開放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 控制系統(tǒng)的硬件、軟件平臺(tái)有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)硬件以工業(yè)PC+開放式控制器為核心，充分協(xié)調(diào)利用PC 機(jī)的豐富資源和控制器強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)時(shí)、多任務(wù)控制的要求；系統(tǒng)軟件運(yùn)行在Windows XP 平臺(tái)上，利用控制器提供的開放式接口，能夠很容易地進(jìn)行二次開發(fā)，軟件實(shí)現(xiàn)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想

4、。 本文詳細(xì)論述了利用圖形軟件接口OpenGL 在LabWindows/CVI 環(huán)境下構(gòu)建了機(jī)器人可視化運(yùn)動(dòng)場景，建立了機(jī)器人可視化三維仿真模型的方法。利用串口通訊保證了三維圖形的實(shí)時(shí)顯示和機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)同步，實(shí)現(xiàn)了在上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的工作狀況。 文章最后對(duì)基于圖像的開放式機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)進(jìn)行了初步的探討，研究了機(jī)器人視覺的圖像初級(jí)處理問題。 本系統(tǒng)提供了一個(gè)全開放、可擴(kuò)展的機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺(tái)，可方便