《国产灵动机器人控制器(下)》介绍.docVIP

灵动机器人控制器 开发者姓名 华磊 系统功能 串联六轴机器人控制 开发日期 2011.10~2013.9 QQ 253874750 Email 253874750@ 介绍视频 /home/_111758996 目录 第一章 绪论 3 1.1简介 3 1.2开发历史回顾 3 1.3机器人测试视频查看网址 3 1.4灵动机器人控制器主要参数 4 第二章 灵动机器人控制器 6 2.1控制器概述 6 2.2 多轴联动控制器的控制扩展卡硬件 8 2.3 多轴联动控制器的用户软件 17 2.3.1用户软件的功能和使用方法 17 2.3.2动画仿真的实现 27 2.3.3机器人指令的翻译和运行 28 2.4 多轴联动控制器的驱动程序 28 2.5 多轴联动控制器的FPGA程序 31 第三章 控制系统测试 32 3.1响应实时性和计算耗时分析 32 3.2 直线运动MOVL测试 33 第四章 六轴机器人机械本体 37 4.1 0.2KG简易六轴机器人机械本体 37 4.2 6KG六轴机器人机械本体 40 4.3 6KG机器人机械本体强度和刚度的有限元分析 42 4.3.1齿轮轴有限元分析 42 4.3.2小臂壳体有限元分析 42 4.3.3小臂连接轴有限元分析 43 4.3.4大臂有限元分析 44 4.3.5大臂有限元分析 44 4.4 6KG机器人机械测量 46  第三章 控制系统测试 3.1响应实时性和计算耗时分析 1）开关量与FPGA内存的读写交换时间。 设计FPGA的时钟频率40MHz，存储周期为200个时钟信号，即5us可以完成FPGA内存与外界信息的交换。FPGA最大可以发生电机脉冲的频率小于10MHz，足以满足工业应用。 2）驱动程序中断响应的时间。 将控制卡的中断级别设置到设备最高级别。根据文献[1]推断：中断产生到中断响应的延迟一般为几十条指令的时间。估算中断响应延迟时间小于1us。文献[2]中的实验也证实了上述推断的正确性。 驱动程序定时器精度。 采用DPC定时器，定时器的响应例程运行与DISPATCH_LEVEL的IRQL级别[3]，不会被任何普通程序打断，但是可能会被设备中断例程抢占。DPC例程队列一般存放实时性要求不高中断响应例程。DPC定时器的时钟源实际上认识系统时钟中断推动，系统时钟中断间隔一般为10～15ms[4]，所以DPC定时精度约为10～15ms左右。 驱动程序将FPGA内存读入到用户程序数组的时间。 主要取决于PCI接口的速度，接口速度约为133MB/s，设计FPGA内存大小为4Kbyte，则FPGA内存更新一次数据的时间是30us。 用户程序对输入信息的反应时间。 采用定时查询法查询输入信息，反应时间约为定时器的精度，定时器的精度与线程调度周期有关。线程调度程序运行在DISPATCH_LEVEL级别，线程调度周期约36ms[5]，用户程序对输入信息的反应时间约为36ms或更长。 7）CPU对电机轨迹的计算能力。 用当前工业应用最复杂的六轴机器人的运动学逆解来做测试，即已知末端点的位姿矩阵，求六个关节角度。在CPU G530 @2.4GHz上做测试，36秒完成了1000000次求解，平均36us每次求解。如果按轨迹插补间距0.1mm,计算，本系统可以达到的最快末端移动速度是2777mm/s的速度。系统的其它耗时与之相比较几乎可以忽略。 3.2 信号可靠性和重复定位精度 用户程序中，有两个关键变量：int m_MotorPulsRegisterMaked[12]，float m_DHJ_AngleMaked[12] int m_MotorPulsRegisterMaked[12];//DH关节角对应的耦合补偿角度的电机脉冲离散化量。用户软件计算生成，当前已经计算到的角度。可以超过圈 float m_DHJ_AngleMaked[12] ;//DH关节角.可以超过圈。根据m_MotorPulsRegisterMaked[6]计算。 它们记录了理论电机的角度，所有脉冲的产生，用户软件都会实时更新上面2个变量。 FPGA内部有12个电机角度寄存器“reg [31:0]J1AngleCounter”，根据PCI传递过来的脉冲区数据，自动发送脉冲给伺服电机驱动器，并更新12个电机角度寄存器。 每个伺服驱动器内部有指令脉冲寄存器，通过监控软件可以查看。 电机角度信息传递流程是：用户程序到FPGA到驱动器。信息传递的可靠性相当重要。通过试验分析，脉冲信息在传递的过程中，是否产生错误。可能产生错误的地方有： 用户程序到FPGA时，ＰＣＩ传递错误。 FPGA到驱动器时，信号干扰产生错误。 ＰＣＩ数据传递的数据错误处理。ＰＣＩ总线用数据校验机制，当ＰＣＩ总线上的读或写发生数据错误时，主设备最终捕获数据错