嵌入式机器人关节运动控制器的研制

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1、摘要随着机器人应用技术研究的深入，多关节机器人或者机械臂的应用越来越广泛。关节运动控制器作为机器人控制系统的核心，对其控制的精度和实时性提出了越来越高的要求。设计新一代的机器人关节运动控制器，涵盖先进控制理论、智能算法、嵌入式系统和分布式系统等方面的技术。本论文的主要研究目标是针对实验室的多关节机器人的物理结构，研制出一种通用的基于嵌入式DSP的全数字机器人关节运动控制器，实现对机器人关节的实时精确控制。嵌入式系统以其独特的专用性和高实时性在通信、导航、过程控制、飞机、航天等领域获得广泛应用。文中的嵌入式关节运动控制器由两个主要部分组成，控制部分与电机驱动部分。采用嵌入式DSP处理器作为嵌

2、入式处理器，操作系统选用“C／OS．II嵌入式实时操作系统。根据系统的实际要求裁剪了操作系统，最大限度地减少所占DSP的内存，充分利用“C／0S．II的相关内核机制，建立不同优先级的多任务。系统采用CAN总线通讯技术作为主要的通讯手段，RS232作为辅助的通讯方式。通过CAN总线连接各模块组成计算机控制网络，保证通讯的有效性。电机驱动部分由整流和智能功率模块构成，通过使用嵌入式DSP处理器的事件管理器输出6路PWM控制信号来控制智能功率模块(IPM)按照一定的关系导通，从而实现交流电机的变频调速控制。本文针对机器人高精度实时控制的要求，提出了一种基于粒子群优化的不完全微分PID算法。运用粒

3、子群优化算法定时寻优PID参数，使其随着系统参数的变化而实时更新，实现最优不完全微分PID控制，较好地满足了机器人控制的要求。研制开发出的嵌入式机器人关节运动控制器实时性好、运行稳定、通用性强，并具有一定的可伸缩性，它不仅适用于机器人关节的运动控制，也适合各种交流电机的运动伺服，具有重要的推广应用价值。关键字机器人，嵌入式系统，I．tC／OS．II，运动控制器，交流伺服控制ABSTRACTAlongwiththedevelopmentofrobot·，applyingresearchandtechno--logy,theapplicationofpolyarticularrobotsort

4、hemechanicalarmsismoreandmoreextensive．Thejoint—motioncontrolleristhecoreofrobotscontrollingsystem．Therearemoreandmorehighrequestsinitscontrollingprecisionandintermsofrealtime．Todesignrobots’joint-motioncontrollerofnewgeneration，itisrequiredthattheadvancedcontrollingtheory，intelligencealgorithm，em

5、beddedsystemanddistributionalsystemtechnologyandSOon．Themainintentionoftheresearchinthispaperisthatcontraposesthephysicalstructureoflaboratorypolyarticularrobots，anddevelopsasortofuniversalall—digitalrobots’joint·motioncontrollerbasedonembeddedDSP，actualizesreal—timeaccuracycontrolofrobots’joint．E

6、mbeddedsystem，byitsuniquespecialpurposeandhighreal—timeaccuracy，hasbeendiffuselyappliedincommunications，navigation，processcontrolling，airplane，spaceflightdomain．andSOon．Inthispaper，theembeddedmotioncontrolleriscomposedbytwomainparts，thecontrollingpartandthemotordrivingpart．EmbeddedDSPprocessorisus

7、edinthechoiceofembeddedprocessor．wecouldchoosep-C／OS—IIembeddedreal—timeoperatingsystem．Ithasseveraladvantages：tocutouttheoperatingsystemaccordingtotheactualrequestsofthesystem，tomaximumlimitreducesmemoryofDSPtha