PUMA機器人控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

浙江大學碩士學位論文機器人控制系統(tǒng)設(shè)計姓名：徐益申請學位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：顏文俊2003.3.1摘要對機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究，是機器人學中的一個重要內(nèi)容。本文以Puma560機器人的控制系統(tǒng)為例，提出了兩個機器人控制系統(tǒng)設(shè)計方案：基于微機的設(shè)計和基于Intemet的設(shè)計，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、技術(shù)方案選擇、功能模塊設(shè)定等各方面進行了詳細的展開，并對相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用做了簡要介紹?；谖C的機器人控制系統(tǒng)給研究者、操作者提供了一個開放的、可擴展的平臺，實現(xiàn)了機器人控制中的離線編程、圖形仿真、軌跡規(guī)劃等功能，提高了系統(tǒng)的軟、硬件擴展能力和計算能力。其設(shè)計涵蓋了機器人學的很多方面，并涉及到計算機、圖形學等諸多領(lǐng)域。本設(shè)計方案提出的控制平臺，開發(fā)周期短，模塊獨立，功能全面，是一個很好的研究平臺，也是一個簡便的直觀的操作平臺，移植性強。j夕基于Internet的機器人控制系統(tǒng)是基于微機系統(tǒng)的進一步發(fā)展，其實現(xiàn)采用了較新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。體設(shè)計方案提出的控制平臺，在系統(tǒng)功能上側(cè)重于機器人教學的普及和實驗室設(shè)備的校園化操作，采用了分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。方案設(shè)計注重模塊化，引入了協(xié)同控制概念，并充分考慮到了網(wǎng)絡(luò)控制形式所帶來的系統(tǒng)特點，實現(xiàn)了較為完善的安全機制和實時的監(jiān)控功能。人巳、丫關(guān)鍵詞：機器人控制系統(tǒng)物；離線編程仿真系統(tǒng)機器人遙操作系緲延i見AbstractThestudyonthearchitectureofrobotcontrolsystemisallimportantpartofroboticsAPCbaseddesignandanIntemetbaseddesignforrobotcontrolsystemarereportedinthispaperThekeytechniqueinthesesystemdesignsisalsointroducedThePC-basedrobotcontrolsysteminthispaper,asystemwithfunctionsofoff-lineprogramming，3Dgraphicsimulationandpathplanning，isanopen，extendablesystemforresearchersTheIntemetbasedrobotcontrolsystemusingadvancedInternettechniquescanbeappliedtotheeducationofroboticsandvisitorcanusetherobotinthelabfromdistanceComparedwiththePC-basedcontrolsystem，thisdistributedarchitecturesystemhastheadditionalfunctionofcollaborativecontr01AndaSanetcontrolsystem，therearesomeotherdifferencesintheformofrobotcontr01BothoftheserobotcontrolsystemCanbeeasilyreplantedandtheircalculateabilityandsoftwarehardwareextendabilityarepowerfulTheexampleaboutPuma560isgiveninthispaperKeywords：ArchitectureofRobotControlSystem，Off-lineProgrammingSystem，SimulationSystem，Tele-roboticSystem，Java浙江大學碩士學位論文第一章緒論機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。作為一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，機器人控制系統(tǒng)涉及到很多學科(如計算機、機械、傳感器技術(shù)、人工智能等)。其中，機器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的意義。隨著機器人功能的日益復(fù)雜，如何綜合考慮模塊功能、控制性能要求，設(shè)計一個合乎要求的機器人控制系統(tǒng)，將是一項十分有意義的工作。11體系結(jié)構(gòu)的開放性要求111機器人控制體系研究機器人控制系統(tǒng)，需要我們對機器人控制體系有一個明確的認識。機器人控制體系【l】是指控制機器人的軟件和硬件結(jié)構(gòu)，其研究主要集中在機器人控制器的設(shè)計和開發(fā)上，通常分為功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。功能設(shè)計部分要完成控制功能和算法的定義，結(jié)構(gòu)設(shè)計是完成功能在軟件和硬件上的分布。從控制器的結(jié)構(gòu)來劃分，可以分為開放式與封閉式【2】兩種。封閉式是指：基于自己的獨立結(jié)構(gòu)進行開發(fā)的，采用專用計算機、專用機器人語言、專用操作系統(tǒng)、專用微處理器。自機器人誕生以來，特別是工業(yè)機器人，由于采用的控制器都是開發(fā)者獨立開發(fā)的，結(jié)構(gòu)為封閉式，在機器人的應(yīng)用上受到了很多限$!Jt3j，無論是硬件還是軟件，都難以擴充和更改。目前大多數(shù)工業(yè)機器人都是封閉結(jié)構(gòu)的。其典型代表Puma560工業(yè)機器人，采用PDP-II作為上層主控計算機，使用專用的機器人語言vAL語言，將控制算法固化在EPROM中。在開放式控制器體系結(jié)構(gòu)方面，國外的研究投入了大量的人力、物力，主要是集中在功能的劃分、功能之間的信息交換規(guī)范以及實現(xiàn)功能