六自由度机械臂控制系统设计

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ｇｅｅｓｌｓＭｏｅｅｔｅＰｅｌｖｔｆｕｅｒｓａｈｓｔｓｌｈｅＶｉｎｒｏｅ．ｒｒｈｖｅ，ｖＰａｒｇｅｈｕｒｅｅｃｅｏｏｅｔｅｔｒｖＰｂｍｏｔｍｎＰａｒｏｅｒｌｆｈａＪｕｏｅｌ．ｔ
Ｋｏｄ：ｔｇｎａｒａｕｏｓｒｙｅ；ｎｏａｏｔｅｒｓｓａｅｅｔ；ｎｌｒｅｏｓｍｃｔｌｇｒｍｖｗｅｍｒｏＭｉａ；ｎｓｔｏｒｌｉＰｔｈ
系统实物如图２２．所示，分为（工作站分系统、视频）ａ监视分系统、（）ｂ配电分系统、ｃｓ控制器分系（接口（毗）统、ｄ）箱分系统、ｅ液压分系统和（（））ｆ
机械臂分系统七大设备。
哈尔滨工程大学硕士学位论文
２２技术要求．
）１提供所有的运动保护、实时以三维图形方式显示机械臂的运动状态，提供各轴的位置信息及扫查区中心点的ＸＹ２、、坐标。）２对机械臂实现三种方式控制（Ｊ模式各轴点动运行，速（）ｃａｏ度可调）；彻ＪＹ（、、２Ｏ模式ｘＹ方向的合成运动及轴向旋转，速度可调）；ｃ动方式按设置的运动参自（自（）数动完成运动轨迹，速度可调）。）３提供模拟运动功能，用于验证轨迹的合理性。）４综合定位精度（轴联动各重复定位精度）优于士ｎ；ｓ周向、ｕ径向、垂直方向定位误差均优于士１咖。．５）５能实现远距离自动控制和远距离手动紧急停止所有运动．）机为直流伺服电６电机，编码器类型为ＲＯｖＳＥＬＥｏＲ）７机械臂承载能力：５ｇ３ｋ．
ｃｉＰｅｗｒｎｏｉｎｄｈａｔａｚｏｌｅｉｈｎｃａｎａｍｒｔ０１ｎｌａｔｕｍｔａｎｅｌｅｕ１Ｖｅｏｈｋｇｃｄｏｎｅ０１ｉｔｖｎｔｅｒ
Ｐｗｒｔｉ．ｏｓｔｎｅａｏ
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哈尔滨工程大学硕士学位论文
ＡＳＲＣＢＴＡＴＳ一０ｎｐｔｉｕｄｏｍｎｎｒａｈｏａｉｈａｉａｒｓｓｔｅａｉａｄｅｉｔｂｗＷｅｔｉＤＦＭｕｘｌｏｅｘｅｐｒｅｖｎｅ
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Ｐ五ＰＷｒＰｆｒｄｔｍｔｃｎｏｔｏｌｏｏｅｌｉＷ４ｏｅａｌｅａｈｏｒｕｉｆｅｄｕｅＰｌｄ．ｓｍｉｎｅｉｏｒｅｈｂｅｍｔ众ｏｕｅｔｄａｓｉｉＩｅｏｔｌｇｒｍａｇｃｍｏｎａｏｔ，血ｄｄｃｈｅｌｃｎｕｃＩａ１，ｌｏＰｕｄｌｒｈｅｔＷｈｃｄｎｏｌ１ｎｅｉｈｏｈｇｉｍｃｕｉｉｓｓｇａ，允ｃｏ．ｕｈｒｏ，ｉｇｅｔｆｗｃａｏｎｃｏ，ｌｄ１ｎｌＦｒｅｒｉｓｉｈｌｈｕｎｔａｎａｌ／ｅｆｒＯｔｎｔｍｅｔｖｅｏｒｎｔｏｃ１１ｇｒｌａｄｅｅｕｇｓ认ｒｉｐｃｃｆＯｔａｏｉｎｔｄｂｇｉｏ吸ｎｒｔｅ１ｏｌｔｎｈｒｈｇｔｎｆｅａｉ．ＦａｙｉＰｓｔｈｒｌｏｈｒａＩｓａｎｒｔｅｎｓｒｅｅｔＰｂｓｆａｗｒａｄｏＷｒｉＰｃｃａｄｉ１ｔｅｎｄｅｏｅｎ，ｉｌｍｄｅ１ｆｅａｉｔ
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服系统得发展状况及控制算法的发展状况。第二章：控制系统概述主要介绍了控制系统的整个组成以及控制系统
所要实现的功能．第三章：系统硬件设计主要阐述了Ｓ控制分系统硬件电路的设计，ＣＭ主要包括控制电路、驱动电路，通信电路等．
第四章：系统软件设计主要阐述了５控制分系统软讹件设计，主要包
能及精度要求，进行控制系统软件设计，编写大量的程序，其中包括控制算
法、角度合成算法、／采样、ＡＤ通信与１功能等。０／通过对控制系统软件的实验调试，完成机械臂在检修时需要的各项功能，同时也使机械臂的关节控制精度达到技术指标。全文共分五章：
第一章：绪论主要给出了课题的背景、研究意义、国外研究现状、伺
图２１系统组成．框图系统组成框图如图２１．所示，系统主要由分布在三个区域的部分组成：
）１位于集装箱内的监控系统和配电系统：
０ ‘
刀产、
位于蒸汽发生器附近的Ｓ控制器；ｃＭ
、．了
几」
位于蒸汽发生器下封头的机械手本体、监控摄像头。
的个人和集体，已均在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者（签字）一：
日期：
．洲
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年３月？
哈尔滨工程大学硕士学位论文
度、转矩控制，适用于高节拍，高速度定位的机械。国内的时光科技依托自主研发的 “ 全数字化交流伺服控制技术”，用３位微处采２理器，可通过编程方式，灵活、准确地对电机的位置、转速、加速度和输出转矩实现高精度控制。近年来，业局域网以工技术为基础的工厂自动化技术得到了长足的发展，并显示出良发展势头。好的为适应这一发展趋势，最新的伺服系统都配置了
哈尔滨工程大学学位论文原创性声明
本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文
献等的引用己在文中指出，并与参考文献相对应。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集
体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献
括电机控制、角度合成、通信，系统初始化等。第五章：系统软硬件调试主要介绍了系统在调试过程中遇到的软件问题及硬件问题，并给出相应得解决办法以及系统联合调试结果。
哈尔滨工程大学硕士学位论文
第２控制系统概述章
２１系统组成．
二：：二
实现。文中详细阐述了伺服控制系统中数字信号处理器（Ｓ及其外围电ＤＰ）路设计、通讯电路设计和驱动电路设计。对直流ＰＷＭ功率放大器常用控制模式特性进行了分析，并对双极模式下电机的电枢电流进行了定性分析。在
硬件电路设计完成的基础上，为了完成系统的各项功能，对各轴电机的控制进行了软件设计并编程。其中包括控制算法、角度合成、通信、保护措施和１２０功能等。并给出了系统实际调试阶段的控制器的设计，软件流程图。最后，给出系统调试过程中出现的软件与硬件的各种问题，进行了详细的分析，并给出了相应的解决办法。针对蒸汽发生器检修机械臂的控制情况及稳定性，提出了下一步应该解决的一些问题。关键词：蒸汽发生器；机械臂；伺服系统；控制算法
ＵＳ．Ａ
Ｓｃｎｌｔｇｎｈｉｕａｄｏ、ｅｉｏｎｌａｉｈｉｓｅｔｃｃｉｎｓ、ｒｄｓｆｒｎｕｒｔｓｅｄｓｉｉｅｒｔｏ，ＶｔａｆｒｅｇｒａＰｔｎｉｎｌｏ
ｄｓｒｉ．ｔｓＸａａｄｅｇａｓａＰｃｓｒＤＰ，ｅｅｉｃｕｉｅａｏＩｉｅｔｔｔｄｔｉｌｒｅｏ（Ｓ）ｔｒｌｖｉｉｓｔｎｔＰｉｈｉｌｇｅｉｎｏｓｈｔａｅｒｔｃ
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摘
要
六自由度检修机器臂属于特种作业机器人，主要负责蒸汽发生器中传热管涡流检查、传热管超声检查、传热管堵管、水室表面状况的电视检查等，对改善核电站工人的工作条件，提高自动化水平很有意义。本文的工作是围绕某项目进行的，设计一套机械臂控制系统用于蒸汽发生器堵管等各种检修工作。本文主要完成控制系统的硬件设计，控制系统的
）８机械臂一次安装就位即可覆盖９％的管板区域．５
）机械臂９在安装和拆卸过程中，人员不需要进入蒸汽发生器水室。
１机械臂的重量应满足仅需两个安装人员即可完成其安装／）０拆卸。
标准的串行通信接口（Ｒ一３ＣＲ一２接口等）如Ｓ２或Ｓ４２和专用的局域网接口。这些接口的设置，显著地增强了伺服单元与其它控制设备间的互联能力。
５本文的研究内容及主要工作
本文通过大量的调试实验，设计并制造了一套完整的机械臂硬件电路，主要包括控制电路，驱动电路，通信电路等。同时本文还针对机械臂具体功
软件设计及编程等工作。
首先，本文介绍了国外蒸汽发生器检修机械臂的发展状况以及控制系统领域的发展现状。并且以美国ＲＳｎ型蒸汽发生器检修机械臂为原形，设ＯＡＩ计了一套控制系统，以实现对蒸汽发生器的检修。其次，本文阐述了六自由度检修机械臂控制系统的硬件电路设计及软件