基于DSP六轴工业机器人控制器设计.doc

基于DSP六轴工业机器人控制器设计 　　摘要：控制器属于工业机器人的大脑，其设计的质量对工业机器人的性能、精度产生直接的影响。六轴工业机器人为工业机器人类型中的一种，运动控制的复杂性比较高，从我国现有的运动控制器来看，尚无法有效的满足其控制需求。基于此，本文在DSP基础上，分析了设计六轴工业机器人控制器的方法，旨在实现有效的控制六轴工业机器人运行，发挥其应用价值 关键词：DSP；六轴工业机器人；控制器；设计 前言：制造领域中应用工业机器人之后，明显的提升了生产效率，并增强了行业的信息化与工业化程度，实现制造行业的繁荣发展。随着工业机器人应用领域的不断拓宽，关于工业机器人及其控制器的研究逐渐增多，并形成了较好的研究成果。六轴工业机器人运动时，要对六轴联动做出科学的控制，由于现有控制器无法满足其实时性与精度的要求，还需要在相应技术基础上有针对性的研究，由此可见，本文研究的开展具有十分重要的现实意义 一、控制器设计需求分析 工业机器人性能实现时，控制器具有核心性的作用，通过其中的硬件及软件平台，为工业机器人的运动控制提供良好的支持。站在用户的角度上，控制器与黑箱子较为相似，用户使用时，只需将运动轨迹的起始、目标位置，路径约束条件输入到上位机中，之后，控制器可以根据自身的功能自动完成运动轨迹规划工作，并对末端执行器做出控制，使其运动轨迹与预先设置相同。基于上述分析，设计六轴工业机器人的控制器时，需求主要体现在以下三个方面： 第一，一个关节对应一个伺服系统，各个关节运动时，硬件架构要使其运动具备协调性，对每个伺服系统都能良好的兼容；第二，规划运动轨迹时，需求的算法比较复杂，如计算插值点、正解及逆解运动学等，坐标变换、矩阵逆运算的量非常大，硬件架构要对此给予良好的支撑；第三，控制6个伺服系统时，需求的I/O口比较多，同时，用户具备二次开发需求，因此，硬件架构中，带有的I/O数量要足够多，并能够与预留，以满足客户的需求 二、控制器硬件设计 （一）电源设计 电路板中，重要组成部分即为电源，关系着电路板功能能否稳定的实现。设计电源时，要以电路板类型为依据，本文中需设计的电源用于控制器中，也就是需要设计DSP电源。通常，DSP电源电路应设计三种，第一种为DSP芯片内核电源，以1.9V作为供电电压；第二种为I/O口电源，电压3.3V，电平转换无需进行；第三种为模拟电路电源，属于ADC模块专用电源，电压3.3V。因供电电源的数量比较多，需要着重的考虑加电次序问题，对于DSP，上电、掉电次序及复位问题均需要进行妥善的设计。理想状态下，DSP芯片中，内核电源及I/O口电源的上电应同时进行，但由于实际实现难度非常大，因此，先进行上电的为I/O口电源和模拟电路电源，之后再进行内核电源的上电。基于此种上电顺序，设计时选用的芯片型号为LT1963A-33 （二）模块通信设计 控制器控制六轴工业机器人时，PC机需要与DSP之间进行数据交换，以有效的调动各个关节，保证机器人正常运行。一般，控制卡人机交互界面的实现位置为上位机，而对于控制卡自身，运动轨迹规划算法需要实时执行，因此，上位机与控制卡通信时，要交换的数据量是非常大的，为保证通信正常进行，要求就有非常高的传输速率及实时性。设计之初，本文已经将直线插值点、圆弧插值点写入到DSP中，PC机仅需将轨迹运动命令发送给DSP即可，由此，上位机程序复杂程度可以有效降低，也简化了二者之间的通信 （三）伺服模块设计 以松下A5伺服系统作为本文设计时所采用的伺服模块。首先，设计光耦模块，主要功能为输出，输入控制伺服驱动器的信号，如输入伺服ON、输出伺服准备等，部分控制器中的该模块用于控制伺服驱动器、反应伺服的工作状态等，由于伺服驱动器处于比较恶劣的工作环境中，干扰较大，设计时还需要进行抗干扰设计，光耦传递电信号时，媒介为光，能够良好的隔离输入输出的电信号，广泛的应用于工业中，本文中光耦隔离控制输入输出心电时，采用TLP521-4。其次，设计差分信号转换模块，伺服驱动器输出时，相共包含3个，分别为A相、B相、Z相，各相输出时，均为一组差分信号，差分信号具有非常强的抗干扰能力，可高度免疫外部电磁干扰，而且也不需要依赖“地”，提升传输可靠性，设计该模块时，采用的芯片为MC3486。最后，?O计模拟量输出模块，速度模式为伺服驱动器工作时选择的模式，为能对电机转速做出控制，需要进行模拟量的接收，实现此功能时，采用数模转换电路法，如果采用专用D/A芯片，会大幅度的增加控制器的设计成本，而且占用的I/O接口也比较多，本文设计过程中，D/A转换构成应用PWM方式，即脉冲宽度调制方式 三、控制器软件设计 （一）总体设计 在控制器中，包含上位机、下位机两部分，下位机控制