五自由度位移平台控制系统设计
《2024年度五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着工业自动化、精密制造及机器人技术的不断发展，调姿平台作为一种高精度、高效率的定位与调整设备，在各个领域的应用日益广泛。
五自由度并联调姿平台作为其中的一种重要类型，具有结构紧凑、承载能力强、动态响应快等优点，被广泛应用于航空航天、精密制造、医疗设备等领域。
本文旨在深入探讨五自由度并联调姿平台的机构学研究，为相关领域的进一步发展提供理论支持。
二、五自由度并联调姿平台的结构特点五自由度并联调姿平台主要由基座、动平台、驱动装置和连接杆等部分组成。
其中，基座固定不动，动平台承载负载并实现多个方向的运动，驱动装置提供动力支持，连接杆将动平台与驱动装置相连。
由于采用并联结构，该平台具有较高的刚度和承载能力，同时能够实现多个方向的独立运动。
三、机构学研究内容1. 运动学分析：通过对五自由度并联调姿平台的运动学方程进行研究，分析各驱动装置的输入与动平台的输出之间的关系，为控制系统的设计提供依据。
2. 动力学分析：通过对平台的动力学模型进行研究，分析平台在运动过程中所受的力和力矩，以及各驱动装置的动态响应特性，为优化平台性能提供理论支持。
3. 结构优化：通过对平台的结构进行优化设计，提高平台的刚度、承载能力和动态响应速度等性能指标，以满足不同应用领域的需求。
4. 误差分析：对平台进行误差分析，包括制造误差、装配误差、环境因素等对平台性能的影响，为提高平台的精度和稳定性提供依据。
四、研究方法与技术手段1. 数学建模：通过建立五自由度并联调姿平台的数学模型，描述平台的运动特性和动力学特性。
2. 仿真分析：利用仿真软件对平台进行仿真分析，验证数学模型的正确性，为实验研究提供依据。
3. 实验研究：通过实验测试平台的性能指标，包括精度、承载能力、动态响应速度等，为优化设计和改进提供依据。
4. 优化算法：采用优化算法对平台的结构进行优化设计，提高平台的性能指标。
五、研究成果与应用前景通过五自由度并联调姿平台的机构学研究，可以进一步提高平台的性能指标，如精度、承载能力、动态响应速度等。
一种五自由度机电测控系统的设计与实现
系统 特 性 分 析 ， 到 运 行 参 数 指 标 。 实验 证 明 这 种 设 计 方 法 和 实 现 技 术 合 理 可 行 。 得
维普资讯
２ ６ 第１ 期 ０ 年 ０ ０
文章 编号 ：０ １ ２５ ２ ０ １ ０ １ １０ ～２６ （０ ６）０－ ０ ９—０ ４
・ 设计 与研究 ・ 来自一种五 自由度机 电测控 系统 的设 计与实现
姜春 英 ， 立金 房 ，赵 明扬
０ ０９ （． １ 中国科 学院沈 阳 自动 化研 究所 ，沈 阳 １０ １ ； ． １０ ６ ２ 中国科 学 院研 究生 院 ，北 京 １０３ ）
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五自由度液压搬运机械手”设计
五自由度液压搬运机械手”设计首先，结构设计是机械手设计的基础，决定了机械手的运动能力和稳定性。
五自由度液压搬运机械手通常由基座、旋转臂、移动臂、升降臂和手爪等五个部分组成。
基座用于支撑机械手，使其能够固定在工作台上。
旋转臂具有360度无级旋转能力，可以实现机械手在平面内的旋转运动。
移动臂可以沿着旋转臂的轴线进行水平移动。
升降臂可以沿着移动臂的轴线进行上下升降运动。
手爪可以张合，用于抓取和释放物品。
这五个部分的组合可以实现机械手在三维空间内的自由移动和搬运物品的能力。
其次，控制系统设计是机械手实现各项功能的关键，涉及了位置控制、速度控制和力控制等方面。
位置控制是指控制机械手的各个部件按照预定轨迹进行移动，使机械手能够到达指定的位置。
速度控制是指控制机械手的各个部件的运动速度，以实现对机械手的运动精度和响应速度的控制。
力控制是指机械手能够根据搬运物品的重量和形状调整手爪的力度，以实现安全和稳定的搬运操作。
控制系统设计需要结合传感器和执行器，通过信号的传输和处理，实现对机械手的精准控制。
最后，动力系统设计是为机械手提供所需的动力和能源，以实现其运动和搬运的功能。
液压系统是一种常见的动力系统，可以利用液体的压力和流动性质来驱动机械手的各个部件。
液压系统需要包括液压泵、液压缸和液压阀等组件，以实现对机械手的动力输出和控制。
动力系统设计还需要考虑能源的供给，可以采用电动机、气动元件等形式。
总结起来，五自由度液压搬运机械手的设计涉及结构设计、控制系统设计和动力系统设计三个方面。
通过合理地设计和优化这些方面，可以实现机械手的多方向移动和搬运物品的能力，提高生产效率和工作安全性。
《2024年五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言五自由度并联调姿平台（5-DOF Parallel Positioning Platform）作为现代机械装置中的重要一环，被广泛应用于各类高端工业自动化设备、航空制造以及机器人领域。
机构学的研究对理解并改进该类设备的运动特性及设计出更加先进的装置至关重要。
本文将对五自由度并联调姿平台的机构学进行研究，通过深入的理论分析以及实际仿真来探讨其工作原理和性能特点。
二、五自由度并联调姿平台的结构特点五自由度并联调姿平台主要由基座、动平台、驱动装置和连接杆等部分组成。
其结构特点在于，通过多个驱动装置的协同作用，实现动平台在五个方向上的自由运动。
其中，五个自由度通常包括三个平移运动和两个旋转运动，具有高度的灵活性和精准度。
三、机构学研究1. 运动学分析机构学的首要任务是进行运动学分析。
五自由度并联调姿平台的运动学分析主要包括对平台的位置、速度和加速度的描述。
通过建立合适的坐标系和运动方程，可以分析出平台在不同驱动条件下的运动轨迹和运动速度，为后续的动力学分析和控制策略提供基础。
2. 动力学分析动力学分析是机构学研究的另一重要内容。
通过对五自由度并联调姿平台的驱动力、惯性力、约束力等动力学因素的分析，可以得出平台在不同运动状态下的动态特性和稳定性。
此外，动力学分析还可以为驱动装置的选择和优化提供依据。
3. 结构优化设计结构优化设计是提高五自由度并联调姿平台性能的关键手段。
通过分析机构的运动传递路径、结构参数等因素，优化机构的设计参数，提高平台的承载能力、运动速度以及动态性能。
同时，利用有限元分析和多目标优化等现代设计方法，可以实现机构设计的轻量化、高效化和智能化。
四、仿真与实验研究1. 仿真研究利用计算机仿真技术对五自由度并联调姿平台进行仿真研究，可以有效地验证理论分析的正确性。
通过建立仿真模型，模拟平台在不同驱动条件下的运动过程，分析平台的运动轨迹、速度和加速度等参数，为实际设备的制造和调试提供指导。
《2024年度五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，机器人技术得到了广泛的应用。
其中，五自由度并联调姿平台作为一种重要的机器人机构，在工业生产、航空航天、医疗康复等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研究五自由度并联调姿平台的机构学，为该领域的研究和应用提供理论依据和技术支持。
二、五自由度并联调姿平台的概述五自由度并联调姿平台是一种具有五个独立运动轴的机器人机构，可以实现空间三维姿态的调整和定位。
该机构由基座、动平台、驱动装置、连杆等部分组成，具有结构紧凑、运动范围广、承载能力强、动态性能好等优点。
在工业生产中，五自由度并联调姿平台可以用于自动化装配、检测、包装等任务；在航空航天领域，可以用于卫星姿态调整、空间实验平台等任务；在医疗康复领域，可以用于康复训练、假肢控制等任务。
三、五自由度并联调姿平台的机构学研究（一）机构结构分析五自由度并联调姿平台的机构结构主要包括基座、动平台、连杆和驱动装置等部分。
其中，基座是机构的支撑部分，动平台是机构的工作部分，连杆是机构的主要传动部分，驱动装置则是控制机构的运动部分。
在机构结构分析中，需要分析机构的运动范围、刚度、稳定性等性能指标，为后续的优化设计提供依据。
（二）运动学分析运动学分析是研究机构运动规律的重要手段。
对于五自由度并联调姿平台，需要建立机构的运动学模型，分析机构的运动轨迹、速度和加速度等运动参数。
同时，还需要考虑机构的奇异性问题，即机构在某些特殊位置下可能出现的运动不连续或不稳定的情况。
通过运动学分析，可以优化机构的运动规划和控制策略，提高机构的运动性能和稳定性。
（三）动力学分析动力学分析是研究机构受力情况和运动规律的重要手段。
对于五自由度并联调姿平台，需要建立机构的动力学模型，分析机构的受力情况、刚度和动态响应等性能指标。
同时，还需要考虑机构的能量消耗和热力学问题。
通过动力学分析，可以优化机构的驱动和控制策略，提高机构的承载能力和动态性能。
《2024年五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，五自由度并联调姿平台在航空航天、精密制造、医疗设备等领域得到了广泛应用。
这种平台具有高精度、高效率、高稳定性的特点，其机构学研究对于提高平台的性能和拓展应用范围具有重要意义。
本文旨在探讨五自由度并联调姿平台的机构学研究，分析其结构特点、运动特性及控制策略，为进一步推动其在实际应用中的发展提供理论支持。
二、五自由度并联调姿平台结构特点五自由度并联调姿平台主要由动平台、定平台、驱动机构和连接机构等组成。
其中，动平台是承载工作负载并进行调姿运动的部件，定平台则提供稳定的支撑，驱动机构通过连接机构驱动动平台实现五自由度运动。
这种平台具有结构紧凑、承载能力强、运动灵活等优点，适用于各种复杂工况下的调姿作业。
三、运动特性分析五自由度并联调姿平台的运动特性主要包括位置解算、速度分析和加速度分析等方面。
位置解算是通过分析平台的几何关系，确定动平台上任意一点的位置。
速度分析和加速度分析则是通过动力学分析，得出动平台在运动过程中的速度和加速度变化情况。
这些运动特性的分析对于优化平台结构、提高运动精度和控制性能具有重要意义。
四、控制策略研究五自由度并联调姿平台的控制策略是保证其高精度、高效率、高稳定性运动的关键。
目前，常用的控制策略包括基于位置的控制策略、基于力的控制策略和混合控制策略等。
其中，基于位置的控制策略主要用于实现对动平台上某一点或某一部分的精确位置控制；基于力的控制策略则更注重对动平台所受外力的响应和控制；混合控制策略则结合了位置和力的控制策略，既保证位置精度又兼顾力控制。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的控制策略。
五、实验研究及结果分析为了验证五自由度并联调姿平台的机构学理论，我们进行了一系列实验研究。
通过搭建实验平台，对平台的结构参数、运动特性和控制策略进行实验验证。
实验结果表明，五自由度并联调姿平台具有较高的运动精度和稳定性，能够满足各种复杂工况下的调姿作业需求。
五自由度激光焊接器智能控制系统设计
集成 激光 焊接
智能焊 接
伺 服 电机
Ｃ Ａ Ｎ总线
文献标 志码 ：Ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｌａ ｓ ｅ ｒ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ｔ ｏ ｗｅ ｌ ｄ，ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引言
国内民用航空部件 的焊接维修主要参考 民航焊接 标准或部件制 造商所 提供 的维修 工艺 （ 如 氩弧 、 等 离
１ 五轴框 架设计方 案
本 文 设 计 的具 有 五 自由度 集 成式 激 光 焊 接 装 置采
用框架式结构 。装置运行时 ， 由三轴 （ 、 ｙ 、 ｚ轴 ） 系统 带动激光头大范 围运行 ， 工件 夹持机构依 靠旋转 和倾 斜的结合 ， 构成 了五维控制 系统 。 五 自由度结构如图 １ 所示。
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： Ｆ ｉ ｖ ｅ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒｅ ｆ ｅ ｄ ｏ ｍ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｗｅ ｌ ｄｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ＣＡＮ ｂ ｕ ｓ
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《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，机器人技术得到了广泛的应用。
其中，五自由度并联调姿平台作为一种重要的机器人机构，在航空航天、精密制造、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研究五自由度并联调姿平台的机构学，包括其结构特点、运动学分析、动力学建模以及控制策略等方面，为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、五自由度并联调姿平台结构特点五自由度并联调姿平台主要由基座、动平台、驱动装置和连接杆等部分组成。
其中，基座固定在地面或其他支撑结构上，动平台则承载着需要调整姿态的负载。
驱动装置通过连接杆与动平台相连，实现动平台的姿态调整。
五自由度并联调姿平台具有结构紧凑、承载能力强、动态性能好等优点，可实现多个方向的姿态调整。
三、运动学分析运动学分析是研究并联调姿平台的基本手段之一。
通过对五自由度并联调姿平台的运动学模型进行分析，可以得出动平台在不同姿态下的位置和姿态参数。
在建立运动学模型时，需要考虑连杆的长度变化以及各关节的角度变化等因素。
通过运动学分析，可以为后续的动力学建模和控制策略提供基础。
四、动力学建模动力学建模是研究并联调姿平台的重要手段之一。
通过对五自由度并联调姿平台的动力学模型进行分析，可以得出系统在不同姿态下的力学特性和动态响应。
在建立动力学模型时，需要考虑系统的惯性力、阻尼力、摩擦力等因素。
通过动力学建模，可以更好地理解系统的运动规律和性能特点，为后续的控制策略提供理论支持。
五、控制策略研究控制策略是五自由度并联调姿平台实现精确调姿的关键。
针对五自由度并联调姿平台的控制策略，可以采用传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制等方法。
同时，也可以采用现代的控制算法，如基于优化算法的控制策略、基于自适应控制的方法等。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的控制策略，以实现系统的精确调姿和稳定运行。
六、实验验证与分析为了验证五自由度并联调姿平台的机构学理论和控制策略的有效性，需要进行实验验证和分析。
《2024年度五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，五自由度并联调姿平台（简称并联调姿平台）因其卓越的运动特性和稳定性在机器人、航空、医疗等多个领域中获得了广泛应用。
本篇论文将探讨该机构的运动学理论、结构设计以及相关研究进展，以期为进一步推动并联调姿平台技术的发展提供理论支持。
二、五自由度并联调姿平台的机构学基础五自由度并联调姿平台主要由多个可伸缩的连杆、多个伺服电机驱动的铰接点以及固定基础构成。
每个铰接点均可实现多方向的运动，使平台具备多自由度调姿能力。
其机构学特点在于，平台可同时实现平动和转动，从而满足各种复杂运动需求。
三、运动学分析针对五自由度并联调姿平台的运动学特性，本文主要通过正向和反向运动学两种方式进行分析。
正向运动学分析是指通过输入电机参数和位置，预测平台的整体姿态；反向运动学分析则是通过给定的目标姿态，确定驱动电机应具备的参数和位置。
这两种分析方法为平台的精确控制提供了理论依据。
四、结构设计及优化在五自由度并联调姿平台的结构设计中，需考虑多种因素，如刚度、负载能力、运动范围等。
本文提出了一种新型的并联调姿平台结构，通过优化设计，提高了平台的承载能力和稳定性。
同时，采用模块化设计，使得平台在维护和升级时更为便捷。
此外，为降低平台的能耗和提高工作效率，还需对平台的控制策略进行优化。
五、研究进展与展望近年来，五自由度并联调姿平台在机器人、航空、医疗等领域的应用越来越广泛。
许多学者在平台运动学理论、结构设计等方面取得了显著成果。
例如，利用现代计算机技术和先进的算法，使得平台具有更高的控制精度和更大的工作空间。
此外，随着新材料的应用和制造工艺的进步，五自由度并联调姿平台的性能将得到进一步提升。
未来，五自由度并联调姿平台的研究将更加注重智能化和自主化。
通过引入人工智能技术，使平台具备更强的自主决策和学习能力，从而更好地适应各种复杂环境和工作需求。
此外，随着物联网技术的发展，五自由度并联调姿平台将与其他设备实现互联互通，形成更加智能化的系统。
《2024年度五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着现代工业自动化和机器人技术的飞速发展，对高精度、高效率的机械调姿平台的需求日益增长。
五自由度并联调姿平台作为一种新型的机构装置，其灵活性和适应性被广泛应用于各个领域。
本文将重点探讨五自由度并联调姿平台的机构学研究，旨在为相关领域的科研工作者提供一定的理论依据和实践指导。
二、五自由度并联调姿平台的概述五自由度并联调姿平台是一种具有五个独立运动轴的机械装置，能够实现空间三维位置和姿态的精确调整。
该平台由多个运动支链、基座、动平台等部分组成，通过并联的方式实现多个运动支链的协同运动，从而实现调姿的目的。
五自由度并联调姿平台具有结构紧凑、刚度高、承载能力强、运动精度高等优点，被广泛应用于航空航天、精密制造、医疗设备等领域。
三、机构学研究1. 结构组成与特点五自由度并联调姿平台的结构主要包括动平台、基座、多个运动支链等部分。
其中，动平台是调姿平台的主要承载部分，其运动范围和姿态由多个运动支链的协同作用决定。
基座是整个机构的支撑部分，负责将调姿平台固定在所需位置。
多个运动支链通过并联的方式连接动平台和基座，实现调姿平台的精确运动。
此外，该平台还具有高精度、高稳定性、高响应速度等特点，为不同领域的精确调整需求提供了强有力的技术支持。
2. 运动学分析运动学分析是研究五自由度并联调姿平台的关键技术之一。
通过对机构中各部分之间的相对位置和速度关系进行分析，可以得出机构的运动学方程。
这些方程描述了机构中各部分之间的运动关系，为后续的控制系统设计和优化提供了重要的理论依据。
在运动学分析中，需要考虑机构的约束条件、关节角度范围等因素，以确保机构能够满足实际需求。
3. 动力学分析动力学分析是研究五自由度并联调姿平台的另一个重要技术领域。
通过对机构中各部分之间的相互作用力和力矩进行分析，可以得出机构的动力学方程。
这些方程描述了机构在运动过程中所受到的力和力矩，为机构的优化设计和控制提供了重要的依据。
五自由度桌面级多功能机械臂设计
五自由度桌面级多功能机械臂设计近年来，随着工业制造业的快速发展，机械自动化设备的应用越来越广泛。
尤其是机械臂的应用成为了制造业的新宠，其广泛应用于物流、装配、检测、焊接等领域，极大地提高了生产效率和产品质量。
一般而言，机械臂的自由度越多，对于复杂任务的应用越有优势。
因此，本文将介绍一款五自由度桌面级多功能机械臂的设计思路。
该机械臂能够实现空间内的前后、上下、左右、绕横轴和绕纵轴等五个方向的自由移动，并能够实现夹持、旋转、举升等动作。
该机械臂具有体积小、动作平稳、控制精度高的特点，能够广泛应用于实验室、家庭、教学和轻型生产场景。
一、整体结构设计该机械臂由底座、第一臂、第二臂、第三臂和夹爪五个部分组成，因此其整体结构设计如下图所示。
（图片）机械臂采用沿X轴、Y轴和Z轴三个方向移动的三个旋转关节和沿Z轴两个方向的两个平移关节实现五自由度。
夹爪由一个电机和一个钳爪控制，可以实现夹持物体的动作。
机械臂轴向长度分别为220mm、150mm、150mm，总长度为520mm。
二、关节运动学分析1、零位姿态的建立机械臂的零位姿态为每个关节角度为0度的状态，此时末端执行器位于机械臂水平方向，且夹爪平行于机械臂底座。
为了确定机械臂末端执行器的位置，采用DH（Denavit-Hartenberg）参数建立关节坐标系，根据每个关节与下一关节之间的DH参数和关节角度求出相对和绝对旋转矩阵，在相对旋转矩阵的基础上用矩阵相乘法推出末端执行器位姿。
2、反解函数的建立为了实现机械臂所需的轨迹规划和位姿转换，需要建立机械臂的反解函数。
以机械臂前后移动为例，由于机械臂前后移动仅涉及第三关节与底座之间的旋转，因此可以通过旋转变换矩阵直接将机械臂移动到目标点。
推导出变换矩阵的过程中需要引入雅可比矩阵，可根据旋转矩阵的特点推导出反解函数。
三、控制系统设计1、运动控制卡的选择机械臂的运动控制使用了PCI-1245运动控制卡进行控制。
PCI-1245运动控制卡是一款多轴控制卡，每块卡可扩展至四个单轴控制板，最多可控制64个轴，具有高速运动控制和精度较高的优点。
基于PLC的五自由度搬运机械手控制系统设计与建立
基于PLC的五自由度搬运机械手控制系统设计与建立[摘要] 机械手是一种能自动进行定位控制的设备。
并可根据实际需要，通过编程来改变运动轨迹的多功能机器，在现代工业生产中占据着举足轻重的位置。
目前工业生产中的机械手，根据实际情况可以采用气压传动、液压传动或者是电机驱动等驱动方式。
主要基于PLC控制的五自由度搬运机械手控制系统设计建立方法。
[关键词] PLC;机械手;控制系统机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。
五自由度机械手即能够实现五个自由度的运动（水平移动、垂直移动、伸出缩回、下降上升和夹紧松开）。
本文采用的可编程控制器是西门子公司生产的S7-200系列PLC，其功能强大、可靠性高、抗干扰能力强、编程简便。
配套人机（HMI）界面可采用SMART700，界面操作简单，内容丰富。
基于以上的特性，使得S7-200系列PLC在中小型工业控制系统中被广泛应用。
本文机械手的水平移动和垂直移动驱动采用步进电机控制方式。
步进电机将PLC输出的高速电脉冲信号转变为电机的角位移。
在通常情况下，电机的启动、停止、转速快慢只取决于输入的电脉冲信号的频率和脉冲数目。
脉冲频率控制电机的转速，脉冲的数量控制电机的角位移。
正是由于脉冲信号的频率和转速之间的这一线性关系，以及步进电机无累计误差这一特点，使其在速度、定位等控制领域应用得非常广泛。
机械手的夹紧松开动作由气缸控制完成。
本文设计的五自由度机械手属于电动与气压驱动混合式驱动的机械手，它综合了两种驱动方式优点，既节省了位置开关和PLC的I/O点数，又达到了简便操作和精确定位的目的。
一、机械手的机械结构及运动方式五自由度机械手机械结构主视图如图1所示，机械手水平方向的移动由步进电机（40）通过其上所连接的丝杆实现，垂直方向的移动由步进电机（45）通过其上所连接的丝杆实现，这两个方向的移动通过步进电机的顺时针和逆时针旋转运动实现水平左右移动和垂直上下移动。
风电机组试验台五自由度电液伺服控制系统设计
风电机组试验台五自由度电液伺服控制系统设计目录一、项目概述 (2)1. 项目背景与意义 (2)2. 研究目的及内容 (4)二、风电机组试验台设计基础 (5)1. 风电机组基本构造 (6)2. 试验台设计要求与标准 (7)三、五自由度电液伺服控制系统原理 (8)1. 电液伺服系统概述 (9)2. 五自由度控制系统原理 (11)四、系统设计方案 (12)1. 系统整体架构设计 (14)2. 控制器设计 (16)3. 液压系统设计 (17)五、电液伺服控制系统硬件选型与配置 (18)1. 传感器与变送器选型 (20)2. 伺服阀与液压泵选择 (21)3. 控制柜配置及功能介绍 (22)六、软件设计及功能实现 (23)1. 控制算法选择及优化 (24)2. 人机交互界面设计 (25)七、系统调试与性能评估方法 (27)八、安全保护措施及建议改进的方面说明与分析参考改进思路如下.28一、项目概述随着全球对可再生能源的关注度不断提高，风电作为一种清洁、可持续的能源形式，已经成为全球能源结构的重要组成部分。
为了提高风电机组的性能和可靠性，降低运行成本，各国纷纷加大对风电技术的研发投入。
五自由度电液伺服控制系统在风电机组中的应用具有重要意义，它可以实现对风轮转速、偏航角度、俯仰角度等参数的精确控制，从而提高风电机组的发电效率和稳定性。
本项目旨在设计一种高效、稳定的五自由度电液伺服控制系统，以满足风电机组的实际需求。
通过对现有技术的分析和研究，我们将采用先进的电液伺服控制技术和高性能的传感器，构建一个具有高精度、高速度、高稳定性的控制系统。
我们还将对控制系统进行仿真和实验验证，以确保其在实际应用中的可行性和可靠性。
本项目的研究成果将为风电行业的发展提供有力支持，有助于推动我国风电产业的技术进步和市场竞争力。
通过本项目的实施，我们期望能够为国内外风电领域的研究者和工程师提供一个有价值的参考和借鉴，为我国风电产业的发展做出贡献。
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《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着现代工业自动化和机器人技术的飞速发展，对高精度、高效率的机械调姿平台的需求日益增加。
五自由度并联调姿平台作为一种具有多方向调节能力的设备，在航空、航天、船舶、医疗等领域得到了广泛应用。
本文旨在研究五自由度并联调姿平台的机构学，为后续的工程设计提供理论依据。
二、五自由度并联调姿平台的机构结构五自由度并联调姿平台主要由基座、驱动器、连接杆、工作台等部分组成。
其中，基座用于固定整个平台，驱动器通过控制连接杆的伸缩和旋转，实现工作台在五个方向上的运动。
这五个方向通常包括三个平移方向和两个旋转方向，分别对应于机构学中的位置和姿态变化。
三、机构学分析1. 运动学分析：运动学分析是研究并联调姿平台运动特性的基础。
通过对连接杆的伸缩和旋转进行数学建模，可以得出工作台在空间中的位置和姿态变化。
此外，还需要考虑驱动器的运动范围和速度，以确保平台的稳定性和精度。
2. 动力学分析：动力学分析是研究并联调姿平台在运动过程中所受力的变化规律。
通过对连接杆的受力情况进行分析，可以得出驱动器的负载能力和运动过程中的能量消耗。
此外，还需要考虑平台的刚度和阻尼特性，以优化平台的动态性能。
3. 结构设计：结构设计是并联调姿平台设计的关键环节。
根据运动学和动力学分析结果，选择合适的材料和制造工艺，设计出具有良好性能的机构结构。
同时，还需要考虑平台的可维护性和可扩展性，以满足不同应用场景的需求。
四、实验研究为了验证五自由度并联调姿平台的机构学理论，我们进行了一系列的实验研究。
首先，我们设计了一种实验装置，用于模拟平台在不同工况下的运动过程。
然后，我们通过实验数据对理论模型进行验证和修正，以提高模型的准确性和可靠性。
最后，我们分析了实验结果，得出了平台在不同工况下的性能表现和优化方向。
五、结论通过对五自由度并联调姿平台的机构学研究，我们得出以下结论：1. 五自由度并联调姿平台具有多方向调节能力，可以满足不同应用场景的需求。
《2024年五自由度并联调姿平台机构学研究》范文
《五自由度并联调姿平台机构学研究》篇一一、引言随着现代工业自动化和机器人技术的快速发展，五自由度并联调姿平台作为一种新型的机器人机构，在航空航天、精密制造、医疗设备等领域得到了广泛的应用。
五自由度并联调姿平台具有高精度、高速度、高效率等特点，是机器人技术领域的研究热点之一。
本文旨在研究五自由度并联调姿平台的机构学，分析其运动学和动力学特性，为实际工程应用提供理论依据。
二、五自由度并联调姿平台的机构学基础五自由度并联调姿平台主要由底座、立柱、滑台和动平台等部分组成。
其中，底座为固定不动的支撑结构，立柱和滑台组成了动平台和定平台之间的传动系统。
通过驱动机构和导向机构的配合，实现对动平台的三维空间姿态调整和两个方向的位移调整。
该机构具有五个自由度，包括三个姿态自由度和两个位移自由度。
三、运动学特性分析五自由度并联调姿平台的运动学特性主要表现在其位置和姿态的描述上。
通过对机构的结构参数和运动参数进行建模和分析，可以得到平台的运动学方程。
该方程可以描述平台在三维空间中的位置和姿态变化情况，为后续的控制系统设计和优化提供了重要的依据。
四、动力学特性分析五自由度并联调姿平台的动力学特性主要表现在其运动过程中的力和力矩的传递上。
通过对机构的驱动力和负载进行建模和分析，可以得到平台的动力学方程。
该方程可以描述平台在运动过程中所受到的力和力矩的变化情况，对于机构的结构优化和控制策略的制定具有重要意义。
五、实际应用及挑战五自由度并联调姿平台在航空航天、精密制造、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。
例如，在航空航天领域中，五自由度并联调姿平台可以用于卫星姿态调整和卫星装配等任务；在精密制造领域中，可以用于精密工件的夹持和加工等任务；在医疗设备领域中，可以用于手术器械的微调等任务。
然而，在实际应用中，五自由度并联调姿平台还面临着许多挑战，如机构的精度控制、稳定性控制等问题。
因此，需要进一步研究和优化机构的运动学和动力学特性，提高平台的性能和稳定性。
五自由度工业机器人控制系统设计
作者简介:朱庆爽(１９９１－)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为嵌入式工业机器人控制ꎮＤＯＩ:１０.１９３４４/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０１８.０５.０４４五自由度工业机器人控制系统设计朱庆爽１ꎬ王平２ꎬ董登峰２ꎬ周维虎２(１.南京航空航天大学自动化学院ꎬ江苏南京２１００１６ꎻ２.中国科学院光电研究院ꎬ北京１０００９４)摘㊀要:针对工业机器人控制系统开放性较差㊁成本较高的问题ꎬ采用 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ＋ＰＣ 的架构设计一个开放的㊁高性价比的工业机器人控制系统ꎬ其中以ＰＣ作为人机交互设备ꎬ以ＤＳＰ和ＦＰＧＡ作为运动控制器ꎮ在完成控制系统的软硬件基础上ꎬ控制系统成功应用于自主设计的五自由度工业机器人ꎬ实现了注塑机的下料任务ꎮ具有较高的开放性㊁较低的成本㊁良好的性能和可操作性ꎮ关键词:工业机器人ꎻ控制系统ꎻＰＣꎻＤＳＰꎻＦＰＧＡ中图分类号:ＴＰ２４２.２㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１６７１￣５２７６(２０１８)０５￣０１７６￣０５ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｉｖｅＤｅｇｒｅｅｏｆＦｒｅｅｄｏｍＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔＺＨＵＱｉｎｇｓｈｕａｎｇ１ꎬＷＡＮＧＰｉｎｇ２ꎬＤＯＮＧＤｅｎｇｆｅｎｇ２ꎬＺＨＯＵＷｅｉｈｕ２(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＡｃａｄｅｍｙｏｆＯｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００９４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｏｏｒｏｐｅｎｎｅｓｓａｎｄｈｉｇｈｃｏｓｔｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓ ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ＋ＰＣ ｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｏｐｅｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔ.ＰＣｉｓｕｓｅｄａｓｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅꎬｗｈｉｌｅＤＳＰａｎｄＦＰＧＡａｒｅｕｓｅｄａｓｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ.Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｉｔｓｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎꎬｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｆｉｖｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔｗｈｉｃｈｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙꎬｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｕｎｌｏａｄｉｎｇｔａｓｋｏｆｉｎｊｅｃ￣ｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ.Ｉｔｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｌｏｗｃｏｓｔｏｐｅｎｎｅｓｓꎬｐｅｒｆｅｃｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔꎻｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍꎻＰＣꎻＤＳＰꎻＦＰＧＡ０㊀引言传统的工业机器人控制系统通常采用专用微处理器㊁专用计算机和专用机器人语言的封闭式控制系统结构ꎬ这种结构限制了机器人系统的开放性和通用性ꎮ随着中国制造业的升级转型ꎬ工业机器人的使用越来越多ꎬ然而工业机器人的市场份额主要被外国企业占据ꎬ而且价格比较昂贵ꎬ并不能满足国内的一些中小企的需求ꎮ因此国内的中小企业更需要价格便宜ꎬ开放性较高ꎬ操作简便的自动化设备[１]ꎮ本文主要目的是采用 ＰＣ＋ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 架构设计实现一个五自由度工业机器人控制系统ꎮ并且使开发的五自由度工业机器人控制系统可以完成注塑机的下料作业任务ꎬ同时具有较高的开放性㊁较低的成本㊁良好的性能和可操作性ꎮ１㊀控制系统硬件总体设计硬件部分是工业机器人控制系统的基础ꎬ其中硬件的性能对工业机器人控制系统控制的精度和实时性有决定性影响ꎮ本文设计的控制系统主要包括人机接口设备和运动控制器２个部分ꎮ人机接口设备提供可视化监控界面ꎬ并且可以通过人机接口对机器人完成示教操作ꎻ运动控制器则负责运动学解算㊁插补运算㊁轨迹规划以及控制机器人各个关节的位置和加减速等[２]ꎮ为了满足工业机器人的作业任务ꎬ同时使控制系统的硬件具有较好扩展性㊁较高的性能以及低成本的特点ꎮ由于ＤＳＰ具有强大的计算能力ꎬ非常适合工业机器人的运动学解算和轨迹规划等大量复杂的实时计算ꎬ以及ＦＰＧＡ强大的并行计算能力可以实现对五路增量式光电编码器的快速采集ꎬ所以采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ结构作为控制系统的运动控制器ꎮ同时由于通用的ＰＣ平台拥有良好软件开发环境ꎬ并且具有丰富的通信接口ꎬ例如以太网㊁串口㊁ＵＳＢ接口等ꎬ因此控制系统的人机接口设备选择了ＰＣꎬ也就是控制系统的上位机ꎮ综上所述ꎬ下料工业机器人控制系统采用了基于 ＰＣ＋ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 的架构[３－５]ꎮ图１是五自由度工业机器人控制系统总体硬件框图ꎮ系统主要由上位机(ＰＣ)㊁ＤＳＰ控制模块㊁ＦＰＧＡ采集模块㊁驱动器㊁伺服电机以及减速器等构成ꎮ用户可以在上位机示教和检测机器人的运动状态ꎬ在示教过程中上位机的作用相当于示教器ꎮ上位机通过以太网将机器人的作业顺序㊁位置和速度信息发送给ＤＳＰ控制模块ꎬＤＳＰ控制模块将这些示教信息保存起来ꎮ示教结束后用户在上位机上选择轨迹的生成方式命令发送给ＤＳＰ控制模块后由其生成相应的运动轨迹ꎻ在执行工作任务时ꎬ机器人可以按照ＤＳＰ生成的轨迹进行运动ꎮ６７１+ 5图１㊀工业机器人控制系统总体硬件框图２㊀控制系统软件设计控制系统的软件由ＤＳＰ控制程序㊁ＦＰＧＡ采集程序和数据通信程序以及上位机的人机界面程序４个部分组成ꎮ控制系统软件结构如图２所示ꎮＤＳＰ控制程序主要完成单关节运动控制㊁运动学解算㊁轨迹规划㊁轨迹生成和参数设置等功能ꎬ以上功能的实现是用Ｃ语言在ＣＣＳ３.３集成开发环境上编写调试的ꎮＦＰＧＡ采集程序是完成对五路伺服电机的增量式光电编码器信号的采集功能ꎬ其功能是用Ｖｅｒｉｌｏｇ硬件描述语言在ＩＳＥ１３.４集成开发环境上编写实现ꎮ数据通信程序主要完成ＤＳＰ与上位机的通信㊁ＤＳＰ与ＦＰＧＡ的数据通信和ＤＳＰ与交流伺服电机驱动器的通信ꎮ人机界面程序主要是完成对机器人示教再现以及显示机器人运行状态的功能ꎮ上位机为一台安装Ｗｉｎｄｏｗｓ７操作系统的计算机ꎬ在ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２０１０集成开发环境下进行开发和调试ꎬ用Ｃ＃语言实现了上位机的人机界面程序ꎮ图２㊀控制系统软件结构图３㊀ＤＳＰ控制模块软硬件设计ＤＳＰ控制模块的硬件电路设计包括ＤＳＰ最小系统和通信电路的设计ꎮＤＳＰ应用系统的最小系统一般包括:电源电路㊁时钟电路㊁复位电路㊁ＤＳＰ芯片和ＪＴＡＧ接口等其他电路ꎮ通信电路主要包括ＤＳＰ与ＦＰＧＡ的双端ＲＡＭ通信㊁ＤＳＰ与驱动的ＣＡＮ通信和ＤＳＰ与上位机的网络通信电路ꎮＤＳＰ程序是整个控制系统软件的最重要部分ꎬ接收来自上位机人机界面发送的指令后ꎬ通过ＤＳＰ计算出每个时刻各个关节角的给定值发送给交流伺服电机驱动器驱动机器人完成上位机的指令ꎮＤＳＰ的程序主要有单关节运动控制㊁运动学解算㊁关节空间轨迹规划㊁笛卡儿空间轨迹规划以及轨迹生成等子程序ꎮ为了使ＤＳＰ程序逻辑更加清晰同时方便代码的维护ꎬ因此在编写以上子程序时分别在不同的Ｃ文件中实现上述功能ꎬ同时为每个Ｃ文件编写与之对应的头文件ꎬ这只需在主程序中包含以上头文件就可以了ꎬ使程序结构简单清晰ꎬ方便修改和维护ꎮ图３㊀ＤＳＰ主程序流程框图ＤＳＰ上电系统复位后ꎬ进行系统初始化㊁ＧＰＩＯ初始化㊁重新映射外部中断３和外部中断４㊁初始化外设主要是Ｗ５３００网口管理模块和ｅＣＡＮ模块初始化ꎮ然后进入循环检查Ｗ５３００网口模块是否连接ꎬ若ｓｏｃｋｅｔ已经成功连接ꎬ则允许外部中断３和外部中断４ꎬ然后循环等待外部中断ꎻ若ｓｏｃｋｅｔ没有连接成功ꎬ则禁止外部中断３和外部中断４ꎬ然后循环等待ｓｏｃｋｅｔ连接ꎮ本文中的外部中断３选用ＧＰＩＯ６２引脚作为触发源ꎬ外部中断４选用ＧＰＩＯ６３引脚作为触发源ꎻ在设计硬件电路时将ＤＳＰ的ＧＰＩＯ６２引脚和ＧＰＩＯ６３引脚通过ＰＣ１０４接口与ＦＰＧＡ的引脚相连ꎬ由ＦＰＧＡ的引脚作为触发源ꎻ同时需要在软件中初始化配置ＧＰＩＯ６２引脚和ＧＰＩＯ６３引脚[６]ꎮ代码如下:ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＭＵＸ２.ｂｉｔ.ＧＰＩＯ６２＝０ꎻ㊀㊀㊀//ＧＰＩＯ６２作为通用输入输出ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＤＩＲ.ｂｉｔ.ＧＰＩＯ６２＝０ꎻ㊀㊀㊀㊀//ＧＰＩＯ６２作为输入ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＱＳＥＬ２.ｂｉｔ.ＧＰＩＯ６２＝１ꎻ㊀㊀㊀//输入量化限定３个采样周期ＧｐｉｏＩｎｔＲｅｇｓ.ＧＰＩＯＸＩＮＴ３ＳＥＬ.ｂｉｔ.ＧＰＩＯＳＥＬ＝６２ꎻ//ＧＰＩＯ６２７７１为外部中断ＸＩＮＴ３的中断源ＸＩｎｔｒｕｐｔＲｅｇｓ.ＸＩＮＴ３ＣＲ.ｂｉｔ.ＰＯＬＡＲＩＴＹ＝１ꎻ㊀㊀㊀//上升沿触发中断ＸＩｎｔｒｕｐｔＲｅｇｓ.ＸＩＮＴ３ＣＲ.ｂｉｔ.ＥＮＡＢＬＥ＝１ꎻ㊀㊀㊀㊀//ＸＩＮＴ３中断允许ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＭＵＸ２.ｂｉｔ.ＧＰＩＯ６３＝０ꎻ㊀㊀㊀㊀//ＧＰＩＯ６３作为通用输入输出ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＤＩＲ.ｂｉｔ.ＧＰＩＯ６３＝０ꎻ㊀㊀㊀㊀㊀//ＧＰＩＯ６３作为输入ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＱＳＥＬ２.ｂｉｔ.ＧＰＩＯ６３＝１ꎻ㊀㊀㊀㊀//输入量化限定３个采样周期ＧｐｉｏＩｎｔＲｅｇｓ.ＧＰＩＯＸＩＮＴ４ＳＥＬ.ｂｉｔ.ＧＰＩＯＳＥＬ＝６３ꎻ//ＧＰＩＯ６３为外部中断ＸＩＮＴ３的中断源ＸＩｎｔｒｕｐｔＲｅｇｓ.ＸＩＮＴ４ＣＲ.ｂｉｔ.ＰＯＬＡＲＩＴＹ＝０ꎻ㊀㊀㊀//下降沿触发中断ＸＩｎｔｒｕｐｔＲｅｇｓ.ＸＩＮＴ４ＣＲ.ｂｉｔ.ＥＮＡＢＬＥ＝１ꎻ㊀㊀㊀㊀//ＸＩＮＴ４中断允许ＧｐｉｏＣｔｒｌＲｅｇｓ.ＧＰＢＣＴＲＬ.ｂｉｔ.ＱＵＡＬＰＲＤ３＝０ｘ０３ꎻ//中断周期为:２∗ＱＵＡＬＰＲＤ３∗Ｔｓｙｓ㊀㊀//ＱＵＡＬＰＲＤ３控制ＧＰＩＯ６３~５６引脚按照以上硬件和程序的设计ꎬ外部中断３和外部中断４的触发源是以ＦＰＧＡ产生的时钟作为时基ꎬ在程序中可以设置中断时间间隔来定时触发外部中断３和外部中断４ꎮ这里设计编码器的采样周期为外部中断时间ꎮ当该中断时钟的上升沿到来时ꎬ触发外部中断３进入中断服务子程序中ꎬ在外部中断３服务子程序中接收来自上位机的指令ꎬ读取ＦＰＧＡ采集的数据并且根据相应的指令调用不同的子程序来计算处理ꎬ然后将处理的结果封装成驱动器的ＣＡＮ协议指令格式ꎬ存储在指定的位置后返回外部中断３服务子程序ꎮ当该中断时钟的下降沿到来时ꎬ触发外部中断４进入中断服务子程序中ꎬ在外部中断４服务子程序中将外部中断３服务子程序中生成的驱动器的指令发送给驱动器ꎬ然后将ＦＰＧＡ采集的数据发送给上位机后返回外部中断４服务子程序ꎮ４㊀ＦＰＧＡ采集模块软硬件设计ＦＰＧＡ采集模块的硬件电路设计包括ＦＰＧＡ最小系统和编码器采集电路设计ꎮ其中ＦＰＧＡ最小系统主要包括:外部时钟㊁复位电路㊁电源电路㊁下载电路㊁ＦＰＧＡ芯片和ＪＴＡＧ接口电路等ꎮ编码器采集电路主要对五路伺服电机的增量式光电编码器信号进行采集ꎮＦＰＧＡ采集程序是用Ｖｅｒｉｌｏｇ硬件描述语言在ＩＳＥ１３.４软件开发平台编程实现的ꎮＦＰＧＡ数据采集程序主要包括同步时钟产生模块和五路增量式光电编码器采集模块ꎮ由于ＤＳＰ的外部中断３和外部中断４中断的基准时钟信号是由ＦＰＧＡ产生的ꎬ也就是这里的ＦＰＧＡ产生的同步时钟信号ꎮ因此它不仅是ＤＳＰ与ＦＰＧＡ双端ＲＡＭ通信基准时钟ꎬ也是ＤＳＰ控制器与上位机通信的基准时钟ꎮ由于本文所选择的交流伺服电机驱动器的电流环控制频率为１０ｋＨｚꎬ因此同步时钟的频率也选择为１０ｋＨｚꎻ而位置环的控制频率和增量式光电编码器的采集频率均采用１ｋＨｚꎮ在硬件电路设计时为ＦＰＧＡ工作时钟选为５０ＭＨｚꎬ因此可以非常简单地通过Ｖｅｒｉｌｏｇ语言编程对５０ＭＨｚ分频得到１０ｋＨｚ的同步信号ꎬ由于其程序比较简单ꎬ这里不再详细地介绍如何产生同步时钟信号ꎮ本文所选的ＳＥＭ交流伺服电机集成了增量式光电编码器输出的Ａ㊁Ｂ㊁Ｚ３对差分脉冲信号ꎬ将３对差分信号经过单端信号转换芯片转换为３路单端信号Ａ㊁Ｂ㊁Ｚ送入ＦＰＧＡ芯片ꎮ其编码器的输出波形如图４所示ꎮ!EEA-B-A-B-A1A0B0B1A1A0B1B0图４㊀增量式光电编码器输出波形在ＦＰＧＡ采集程序中ꎬ通过判断Ａ和Ｂ的相位关系确定伺服电机的转动方向ꎻ然后对Ａ和Ｂ的脉冲计数来确定伺服电机转过的角度ꎬ并且在检查到Ｚ相脉冲时对计数器清零ꎮ所以ＦＰＧＡ采集程序主要包括２个模块:滤波模块和解码计数模块ꎮＦＰＧＡ采集程序结构框图如图５所示ꎮ图５㊀ＦＰＧＡ采集程序结构框图设计滤波模块主要是消除外界环境产生的噪声信号对编码器信号的影响ꎮ该程序中的滤波模块主要是滤除高频噪声对编码器信号的干扰ꎬ就是将高于编码器正常工作时产生的脉冲频率的脉冲信号除去ꎮ对编码器信号进行滤波后ꎬ信号进入解码计数模块ꎮ编码器输出的是正交脉冲信号ꎬ因此这里对编码器的Ａ㊁Ｂ信号进行正交解码得到计数信号ꎮ计数信号是在Ａ相和Ｂ相上升沿和下降沿各自产生一个脉冲信号ꎬ因此计数信号的频率为Ａ相㊁Ｂ相频率的４倍ꎮ然后对其计数从而提高了编码器的测量精度ꎮ在解码计数模块中将编码器的输出脉冲高电平用１表示ꎬ低电平用０表示ꎮ如图４所示ꎬ一个信号周期中ＡＢ有４组状态:１０㊁１１㊁０１㊁００ꎮ由于Ａ㊁Ｂ信号是正交脉冲信号ꎬ当电机正向转动时Ａ相的相位超前Ｂ相９０ʎꎬ则ＡＢ两相的状态变化依次为:００㊁１０㊁１１㊁０１㊁００ꎻꎬ当电机反向转动时Ｂ相的相位超前Ａ相９０ʎꎬ则ＡＢ两相的状态变化依次为:００㊁０１㊁１１㊁１０㊁８７１００ꎻ因此可以根据ＡＢ两相的当前状态和上一状态的变化关系判断电机的运动:正向运动㊁反向运动㊁静止不动㊁错误４种结果ꎮ详细结果见表１ꎮ表１㊀ＡＢ状态变化关系㊀㊀上一状态当前状态㊀㊀１０１１０１００１０静止反向错误正向１１正向静止反向错误０１错误正向静止反向００反向错误正向静止㊀㊀在解码计数模块中按照表１对Ａ和Ｂ两相的相位关系进行解码得到电机转动的方向信号ꎮ编码器采集程序具体实现过程如下[７]:首先将输入信号Ａ和Ｂ组合为１个位宽为２位的ｗｉｒｅ型信号ＡＢꎻ然后在解码计数模块中定义２个位宽为２位的ｒｅｇ型变量ｃｕｒ＿ｓｔａｔｅ和ｐｒｅ＿ｓｔａｔｅꎬ分别存储上一状态和当前状态ꎬ并且将它们初始化为ｃｕｒ＿ｓｔａｔｅ＝２ ｂ００㊁ｐｒｅ＿ｓｔａｔｅ＝２ ｂ００ꎮ如果当前状态和上一状态一样时ꎬ则电机处于静止不动状态ꎻ当Ａ或者Ｂ信号发生变化时ꎬ将当前状态存储在ｃｕｒ＿ｓｔａｔｅ寄存器中ꎬ并且根据表１判断电机的转动方向ꎬ然后计数器模块进行相应的加１或者减１运算ꎬ并且将上一状态ｐｒｅ＿ｓｔａｔｅ更新为当前状态ｃｕｒ＿ｓｔａｔｅꎻ同时如果检测到Ｚ相脉冲信号ꎬ则对计数器进行回零操作ꎬ并将过零计数器加１表示电机旋转了１圈ꎮ等待Ａ㊁Ｂ㊁Ｚ信号的变化触发下次计数ꎬ这样反复进行就可以完成对编码器信号的采集ꎮ５㊀数据通信程序设计５.１㊀ＤＳＰ与驱动器ＣＡＮ通信ＤＳＰ向驱动器发送信息的流程图如图６所示ꎮ首先对ｅＣＡＮ模块初始化ꎬ并且清除发送请求寄存器ＣＡＮＴＲＳꎬ然后根据通讯协议初始化邮箱的标识寄存器ＭＳＧＩＤꎻ将协议中的数据分别写入消息数据寄存器ＣＡＮ￣ＭＤＬ和ＣＡＮＭＤＨ中后置位相应的ＴＲＳ(１为启动发送ꎬ０为无操作)ꎮ等待发送应答寄存器相应的ＴＡ置为ꎻ最后复位发送应答寄存器相应的ＴＡ等待下次发送数据ꎮ５.２㊀ＤＳＰ与ＦＰＧＡ双端ＲＡＭ通信程序的设计思路是ＦＰＧＡ采集完所有的数据后存放在片内ＳＲＡＭ指定的地址中ꎬ其存储空间为４Ｋ字ꎬ地址范围是０ｘ００４０００~０ｘ００４ＦＦＦꎬ并且片选信号为ＸＺＣＳ６ꎬ因此将此处的存储空间映射到了区域０ꎮ工作原理为:同步时钟是ＤＳＰ与ＦＰＧＡ双端ＲＡＭ通信基准时钟ꎬ其时钟的频率为１０ｋＨｚꎻ由于增量式光电编码器的采集频率为１ｋＨｚ(也就是编码器的计数信号的存储频率)ꎬ因此需要将同步时钟分频得到１ｋＨｚ的编码器的采集时钟ꎮ而位置环的控制频率也是１ｋＨｚꎬ即外部中断的频率ꎮ当以同步时钟为基准时钟设定的中断定时到来时ꎬ将触发外部中断３和外部中断４ꎻ进入外部中断子程序ꎬ在这里ＤＳＰ首图６㊀ＣＡＮ发送信息流程图先使能片选信号ＸＺＣＳ６ꎬ然后给出上述指定的地址ꎬ当读信号到来时ꎬ读取ＦＰＧＡ对５路编码器的采集数据ꎮ由于控制频率和编码器采集频率都是１ｋＨｚꎬ为了保证当读编码器的采集数据时ꎬＦＰＧＡ能够完成对５路编码器数据的采集并且存放在指定的地址中ꎮ所以这里在第ｋ时刻读取第ｋ－１时刻采集的数据ꎮ但是这样就造成电机的控制和上位机的数据显示造成一个时钟周期的延时ꎬ由于时间较短引起的延迟可以忽略ꎮ５.３㊀ＤＳＰ与上位机通信ＤＳＰ通过网络通信与上位机进行数据的传输ꎮ网络协议采用ＴＣＰ传输控制协议ꎬＴＣＰ是有连接的㊁可靠的传输协议ꎮ其中ＤＳＰ作为服务端ꎬ上位机作为客户端ꎮ图７为ＤＳＰ与上位机通信流程图ꎬ其中图７(ａ)上位机客户端程序通信程序流程图ꎬ图７(ｂ)ＤＳＰ服务端程序通信程序流程图ꎮ在网络通信中ꎬＤＳＰ服务端需要首先开启网络服务ꎻ首先将ＤＳＰ端的网络芯片Ｗ５３００进行初始化ꎬ为其硬件地址㊁网关地址㊁子网掩码㊁网关地址㊁ＩＰ地址设置好相应的地址ꎬ并且配置ＴＸ和ＲＸ存储器的大小ꎬ以及将ＳＯＣＫＥＴ０设置为ＴＣＰ模式然后打开此端口ꎮ然后调用ＳＯＣＫＥＴ＿Ｌｉｓｔｅｎ(０)函数检测ＳＯＣＫＥＴ０是否有上位机连接ꎬ循环等待上位机客户端连接ꎮ上位机客户端根据ＤＳＰ服务端的ＩＰ地址和端口号设置异步通信回调函数Ａｓｙｎ￣Ｃａｌｌｂａｃｋ()和实例化客户端ＴｃｐＣｌｉｅｎｔꎻ通过判断回调函数返回的结果判断ｓｏｃｋｅｔ是否连接成功ꎮ由上位机客户端发起连接请求ꎬ如果ＤＳＰ和上位机连接成功ꎬ则将连接标志位ｃｏｎ＿ｆｌａｇ置为１ꎮ然后在ＤＳＰ服务端调用数据接收函数Ｒｘ＿Ｐｒｏｃｅｓｓ()和数据发送函数Ｔｘ＿Ｐｒｏｃｅｓｓ()进行数据传输ꎬ在上位机客户端调用数据接收函数ＢｉｎａｒｙＲｅａｄｅｒ.Ｒｅａｄ()与数据发送函数ＢｉｎａｒｙＷｒｉｔｅｒ.Ｗｒｉｔｅ()进行数据传输ꎮ若连接断开ꎬ则在服务端将ＳＯＣＫＥＴ０关闭并将ｃｏｎ＿ｆｌａｇ置为０ꎻ在客户端将实例化的客户端ＴｃｐＣｌｉｅｎｔ关闭并将ｃｏｎ＿ｆｌａｇ置为０ꎮ６㊀人机界面上位机界面主要实现的功能是显示下料工业机器人９７１图７㊀与上位机通信程序流程图每个关节的实时状态㊁对机器人进行示教㊁轨迹生成以及控制机器人的运行和停止等ꎮ如图８上位机人机界面所示ꎮ首先在通信区域单击 建立连接 按钮ꎬ向ＤＳＰ服务端发送连接请求ꎬ如果连接成功ꎬ则在相应的ｔｅｘｔＢｏｘ显示服务器的ＩＰ地址:１９２.１６８.０.２０和端口号:５００００ꎮ否则显示未连接ꎮ当连接成功时则ＤＳＰ服务端将每个关节的实际位置发送给上位机ꎬ在显示关机实时位置区域中实时更新每个关节的实际位置ꎮ在示教区域单击相应关节的 正转 ㊁ 反转 ꎬ上位机则发送相应的指令给ＤＳＰꎬ然后发送给相应关节的驱动器驱动关节运动ꎻ如果有单击 记录 按钮ꎬ上位机则发送记录指令ꎬＤＳＰ记录此时各个关节的关节变量值并保存在指定位置ꎻ在示教结束前选择轨迹生成方式ꎬ单击示教 结束 按钮ꎬ上位机则将示教结束指令和轨迹生成方式发送给ＤＳＰꎬ然后ＤＳＰ按照记录的示教点和轨迹生成方式生成机器人的运动轨迹ꎬ并且将运动轨迹标志位置为１ꎬ即Ｔｒａｊ＝１ꎮ当有单击执行区域的 运行 按钮ꎬ则上位机发送运行指令给ＤＳＰꎬＤＳＰ然后去判断运动轨迹标志位ꎬ若Ｔｒａｊ＝１则ＤＳＰ将之前生成的轨迹数据发送给驱动器驱动机器人运动ꎬ若Ｔｒａｊ＝０则机器人静止不动ꎻ当有单击执行区域的 停止 按钮ꎬ则上位机发送停止指令给ＤＳＰꎬＤＳＰ停止给驱动器发送轨迹数据ꎮ图８㊀上位机人机界面７㊀结语设计了基于 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ＋ＰＣ 架构的控制系统ꎮ然后用本文开发的控制系统和自主设计的工业机器人本体机械结构组成的五自由度工业机器人ꎬ并进行示教实验ꎬ实验结果表明初步实现了注塑机下料任务ꎮ同时为了使控制系统具有一定的开放性ꎬ在软件设置中可以对不同的机器人机械本体通过参数修改实现控制ꎬ并且在电路设计时预留了一些接口ꎬ例如:串口㊁６路编码器采集ꎬ６路电流采集等ꎬ方便以后扩展ꎮ参考文献:[１]王田苗ꎬ陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１４(９):１￣１３.[２]韩建海.工业机器人[Ｍ].武汉:华中科技大学出版社ꎬ２０１２.[３]王天然ꎬ曲道奎.工业机器人控制系统的开放体系结构[Ｊ].机器人ꎬ２００２ꎬ２４(３):２５６￣２６１.[４]ＢｏＹｏｕꎬＤｏｎｇｊｉｅＬｉａｎｄＳｕｊｕＬｉｕ.ＤｅｓｉｇｎｏｆＤＳＰ－ｂａｓｅｄＯｐｅｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔ[Ｃ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＬｏｇｉｓｔｉｃｓꎬ２００７ꎬ１５８５￣１５９０.[５]ＪｕｎｇＵｋＣｈｏꎬＱｕｙＮｇｏｃＬｅꎬａｎｄＪａｅＷｏｏｋＪｅｏｎ.ＡｎＦＰＧＡ－ＢａｓｅｄＭｕｌｔｉｐｌｅ－ＡｘｉｓＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｈｉｐ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＯｎＩｎｄｕｓｔｒｙＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２００９ꎬ５６(３):８５６￣８７０.[６]姚睿ꎬ付大丰ꎬ储剑波.ＤＳＰ控制器原理与应用技术[Ｍ].北京:人民邮电大学出版社ꎬ２０１４.[７]田耕ꎬ徐文波.ＸｉｌｉｎｘＦＰＧＡ开发适用教程[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００８.收稿日期:２０１７０３１３０８１。
五自由度位移平台控制系统设计
五自由度位移平台控制系统设计
李国文;牟娟;孙千军
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2012(000)002
【摘要】介绍了一种五自由度位移平台控制系统的设计.该系统为风洞流场中温度、压力等传感器进行测试提供位移平台.采用自行设计的运动控制器,结构简单,控制精确；移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,通过μC/OS-Ⅱ来调度运动控制器的多个任务；采用PC机作为上位机,为用户提供友好的人机界面.
【总页数】4页(P29-32)
【作者】李国文;牟娟;孙千军
【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;大连市计量检
定测试所,辽宁大连116031;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095【正文语种】中文
【中图分类】TH136;TP23
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３ 测 量 系统
测草 系统 采 用伺 服 电 机 自带 的 １ ｉ 编码 器 来 测 ３ ｂｔ
量 ，ｌ和 ｚ轴 的直 线 位 移 ，采 用 Ｒ Ｐ编 码 器 测 量 ， Ｅ
１ ）正 交 Ａ Ｂ相信 号计数 任务 ； ２ 串 口命令 解析任 务 ； ）
３ ）驱 动 电机发送 脉 冲任务 ；
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆ５ ＤＯＦ ｏ ｉ ｎ Ｐｌ ｔｏ ｍ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ Ｍ ｔｏ ａ ｆ ｒ Ｃｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ
Ｌ ｏ ｅ ＭＵ Ｊ ａ ＵＮ Ｑ ａ ｊ ｎ ＩＧｕ ｗ ｎ ， ｕ ｎ ，Ｓ ｉｎｕ
（ ． ｈｎｅ ｅｇＩｓｔｔ ｏ ｔ ｌ ｙ＆ Ｍ ａｕｅ ｅｔ Ｂ ｉｎ ０ ０５ ｈｎ ； １ Ｃ ａｇｈｎ ｎｔｕ ｆ ｒ ｏ ｉ ｅ Ｍｅ ｏ ｇ ｅｓｒｍ ｎ， ｅｉｇ１０ ９ ，Ｃ ｉ ｊ ａ ２ Ｄ ｉ ｓｔｔ ｏ ａｕｅ ｅｔ ｎ ｅｔ ｇ ａａ ０ １ ｈｎ ） ． ａ ａ Ｉ ｔｕｅ ｆ ｌ ｎ ｎ ｉ Ｍｅｓｒｍ ｎ ａｄＴ ｓ ｎ ，Ｄ ｉ １６ ３ ，Ｃ ｉ ｉ ｌ ｎ １ ａ
和 转 轴 。
１ 系统总体 设计
五 自由度位 移 平 台主 要 由机 电 系统 、测 量 系 统 和 控 制 系统三 部分 组 成 。机 电 系统 主要 由三 套 直 线 位 移
机 构和 两套旋 转位 移机 构组 成 ，包 括驱 动 电机 、导轨 、
丝杠 、减速器 及手 轮等 ；采用 位 编码 器进 行 位 置测 量 ； 控 制 系统 主要 由运 动 控 制 器 、伺 服 驱 动 器 、限 位 和 主
制器读 数 ） ，利用 标 准位 移 测 量装 置 （ 双 频 干 涉仪 ） 如 获得实 际 的位 移量 △ 。 Ｓ
修 正 系数 叼＝
图４ 固件流程 图
修 正后 的系 数
４ ３ 定位 控制算 法 ．
电齿 比鲁 ＝Ｂ ・ 子 轮 （） （）ｒ ／
位 系 比 ） （）叼 移 数 （ ＝Ｓ ・ Ｓ
其余 四轴均 由正 负 向的两级 限位 开关进 行 限位保 护 。
受上 位机 控制命 令 。
驱 动伺服 电 Ｌ 脉 冲和方 向 正交编 码器 计 数
Ｒ ４ ５接 口 Ｓ８
脉 冲精确 计数 限位 保护
Ｓ Ｍ３ Ｆ 《 Ｔ ２ ｌ３ ）
图 ３ 运 动控 制器 结 构 框 图
４ ３ ４ 定位控 制 算法流 程 ．．
位移 平 台作 为 机 电一 体 化 设 备 ，要 实 现 空 间位 置 的快 速精 确定 位 控 制 ，必 须 从 机 电系统 和控 制 系统 两 方 面进行 考虑 ，合 理 设 定 系 统 的 机 电参 数 并 设 计 系 统 的定 位控 制算法 。
计 测 技 术
４ 限位保 护任 务 。 ）
４ ３ ２ 运动控 制 器参数 ．．
新 技术 新仪 器
・ １・ ３
通过 ｕ ／ Ｓ Ⅱ来 调度 以上任 务 ，与传 统 的前 后 台 ＣＯ 一
运 动控 制器参 数 主要包 括位 移 系数 比和最 高 速度 。
编程方法相 比，可 以简化 固件程序 ，更有效地完成多
计 测 技 术
新 技术 新仪 器
・ ９・ ２
五 自 由度 位 移 平 台控 制 系统 设 计
李国文 ，牟娟 ，孙千 军
（．中航Ｓ 业北 京长城 计量测试 技 术研 究所 ，北 京 １０９ ；２ 大连 市计 量检定 测试 所 ，辽 宁 大连 １６３ ） １ － ００５ ． １０ １
表 １ 系统技 术指标
和 轴 的旋 转位 移 。
测 量 系统实 时采 集 各 位 移 传感 器 的数 据 ，并 可 以 通 过通 讯接 口被 控 制计 算 机 的应 用 程 序 获 得 。各 位 移
量 的坐 标原 点可 由操作 者通 过远程 控制 计算 机设置 。
４ 控 制 系统
控 计算 机组成 。系统结 构 图如 图 １所示 。
Ｌ ｌ
图１ 系统结构图
作者简介
：李 国文 （ ９９一） ～ ，工程师 ，硕士 ，从事测控系 ７ ，男 １
一 一
术指标 如表
“ ～
统研发工作 。
・
３ ０・
新 技术新 仪器
２１ ０ ２年 第 ３ ２卷 第 ２期
用 Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ 』 Ｔ ２ １ ３ １ 。主要 完成 以下 功能 ： ｌ
１ 驱 动 伺 服 电 机 ，发 送 脉 冲 ，并 控 制 电 机 旋 转 ）
方向；
垫铁 。机座 上顺 序 安 装 轴 、ｙ轴 、 转 轴 、ｚ轴 、
转轴 。
２ 对 发 送 脉 冲 精 确 计 数 ，以 实 现 位 移 的 精 确 ） 控制 ；
任务 的调 度 运 行 。运 动控 制 器 固件 程 序 流 程 图如 图 ４
所示 。
其 中位 移系数 用 来 将 编码 器 的脉 冲计 数 转 换 为 位 移单 位 ，最 高速 度用 来 确 定 轴 的最 高 移 动 速度 ， 同时 也 决
定 了轴 的起停 加减 速 曲线 。
位系比 ） 蔫 三 移数 （ ＝ 翼篓 秦
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓｐａ ｅ ｓ ｕｓｅ ｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｒａｉａｉ ｎ ｏ ｎｄ ｏ ｓｒ ｃ ： ｉ ｐ ｒｄｉｃ ｓ ｓｔ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｅ ｌｚ ｔｏ ｆａｋｉ ｆ５ ＤＯＦ ｍｏ ｉｎ ｐ ａ ｏｍ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ｔｏ ｌ ｔ ｒ ｃ ｎｔｏ ｙ ｔｍ． Ｔｈｉ ｙ ｔｍ ｒ ｖｄｅ ｔ ｆ ｓｓ ｓｅ ｐ ｏ ｉ ｓａ ｍｏｉ ｏｎ ｐ ａｆｒ ｆ ｒｍｅ ｕｒｎ ｈ ｅ ｌｔｏ ｍ ｏ ｓ ｉｇ ｔ ｅ ｔｍｐｅ ａｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｒ ｎ ｗｉｄ ｔｎｎ １ Ｔ ｅ： ｓｅ ｕｓ ｓａ ｓｍｐ ｅｈｉｈ ｐ ｅ ｉｉｎ ｓ ｒ－ ｅ ｉ ｎ ｍｏｉ ｎ ｃ ｔｏｌ ｒ ｒｔ ｒ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｓ ｎ ｏ ｓｉ ｎ ｕ ｅ． ｈ ｓ ｔｍ ｅ ｉ ｌ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ｅ ｄ ｓｇ ｔｏ ｏｎｒ ｌｅ ， ｙ ｆ
位移 系统 共 有 三 个 方 向 的直 线 运 动 （ Ｘ，Ｙ和 Ｚ） 和 两个 方 向的旋转运 动 （ 和 ） 。各轴均 由伺 服 电机驱
３ ）对 编码 器输 出 的正 交 Ａ Ｂ相 信 号进 行 解 调 ，完
成位 置测 量 ；
动 ，其 中 Ｚ， 和 三 轴在 伺服 电机 输 出端接 蜗 轮蜗 杆
定位 控制 ；对 伺 服 电机 的 控 制 采用 远 程 控 制 方 式 ；控
制 系统 与上位 机 采用 Ｒ ４ ５协议 。对 五 个 自 由度 控 制 Ｓ８ 的方 式采 用远 程 控 制 ，上 位机 通 过 Ｒ ４ ５转换 器 向控 Ｓ８
应 的部 件进 行 直线 或旋 转 运 动 ，运 动 控 制 器 根 据 实 时
摘 要 ：介 绍 了一 种 五 自 由度 位 移 平 台控 制 系 统 的设 计 。 该 系 统 为 风 洞 流 场 中 温 度 、 压 力 等 传 感 器 进 行 测 试 提 供 位 移 平 台 。 采 用 自行 设 计 的 运 动 控 制 器 ， 结 构 简 单 ， 控 制 精 确 ；移 植 了嵌 入 式 实 时 操 作 系 统 ￣ ／ Ｓ Ⅱ ， 通 过 ｚ Ｏ 一 Ｃ ｔ ／ 一Ｉ 调 度 运 动 控 制 器 的 多 个 任 务 ；采 用 Ｐ 机 作 为 上 位 机 ，为 用 户 提 供 友 好 的 人 机 界 面 。 ￣ ＯＳ １来 Ｃ Ｃ 关 键 词 ： 五 自 由度 位 移 平 台 ；Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ Ｔ ２ １ ３；控 制 系 统 ；运 动 控 制 器 ；ＩＣ ＯＳ ｌ ｘ ／ —Ｉ；设 计 中 图分 类 号 ：Ｔ ３ Ｈ１ ６；Ｔ ２ Ｐ３ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ７ ６ ４—５ ９ （ ０ ２） ０ ７５ ２ １ ２—０ ２ ０ ９—０ ４
４ ３ １ 机 电参数 设 定 ．．
ｍｉｒｔ ａ ｍｂ ｄ ｅ ｅ —ｉ ｅ ｌｐ ／ 一 ｔ ｎ ｇ ｎ ｈｔｓ ｓ ｆ ｈ ｔ ｎｃｎｒｌ ｒ ａ ｄｕ ｅ Ｃ ａ ｏｔｃｍｐ ｔｒ ｏｐｏ ｉｅＵ — ｇａｓ ｎ ｅ ｅ ｄ ｄ ｒａ ｔ ｋ ｍｅ ￣ ＯＳ Ⅱ ｏｍａ ａ ｅ ｔ ｌ ｍｅ Ｃ ｍｕ ｉ ｋ ｅｍｏｉ ｏ ｔ ｌ ， ｎ ｓ ｓａＰ ｓｈ ｓ ｏ ｕｅ ．ｔ ｒｖｄ Ｓ ａ ｏｔ ｏ ｏｅ
控制系统根据测量系统的位置信号 ，及操作者通过计
算机程序发 出的定位指令 向电机驱动器发 出控制命令 。
１ ２ 系统工 作原 理 ．
控制 系统 主 要 由运 动 控 制 器 、伺 服 驱 动器 、限位 和 主控计 算机 组 成 。使 用 伺 服 电机 对 五 个 自 由度 进 行
位 移 系统 的基 本 工 作 原 理 如 下 ：上 位 机 根 据 操 作 人 员 的指令 ， 向相 应 的运 动控 制 器 发 出运 动 指令 。运 动 控制 器根 据 指令 和 相应 的测 量 系 统 的位 移值 ，计 算 出电机 的转 动 量 和 转 动方 向 ，电 机通 过 减 速 器 带 动 相
４ ２ 运动控 制器 固件 程序设 计 ．
图 ２ 三 维 设 计 效 果 图
控制 系统 固件 采 用 Ｋ ｉ Ｖｓ ｎ （０ ｒ 编 写 。 ｅ ｌ￣ ｉｏ ｆｒａ ｉ ｍ） 该 固件程序 移植 了 ｕ ／ Ｓ Ⅱ ，在 ｕ ／ Ｓ Ⅱ中添加 了 Ｃ Ｏ 一 Ｊ ＣＯ． 如下 几个任 务 ：
４３３ 参数修 正 ．．
由于减 速 机 的 减 速 比往 往 与 标 称 值 不 完 全 一 致 ，
通常会 有很 小 的 误 差 。所 以需 要对 以上 理 论 计 算 得 到 的机 电参数 和 运 动控 制 器 参 数 进 行 修 正 。修 正 的步 骤
如下 。
选 取一个 轴 ，使该 轴 按 理论 计 算参 数 移 动 △ 控 ｓ（