基于嵌入式系统的装配机械手模块化控制系统设计研究

摘要

为提高装配机械手的适用性,以模块化装配机械手机械本体为研究背景,进行模块化控制系统的设计与研究。在分析装配机械手的相关参数和运动情况的基础上,根据减少机械手转动惯量的原则得出装配机械手逆运动学模型并计算相关关节转角。在此基础上,对模块化装配机械手的控制系统设计方法进行探讨,从适应中小企业推广和经济性角度考虑选择了基于嵌入式的控制方法和以C8051F020单片机为核心的嵌入式系统,并探讨了基于C8051F020单片机实现模块化软硬件系统控制的可行性及路径。
　　 根据机械手功能特征划分模块,进行了模块总体构架设计。详细介绍了控制系统的硬件模块设计和软件模块设计方法与具体实施内容。系统的硬件组成总体上包括基本功能模块,预留功能模块和辅助功能模块。主要包括JTAG接口模块,步进电机驱动模块,电源电路,串口电路等模块,从而实现装配机械手的基本功能,并预留若干输入输出端子口实现预留功能。在软件设计方面以适应软件模块化的角度出发,采用C51语言开发设计,使用迪文公司的触摸屏作为控制系统信息交互的平台,界面可自行设计易扩展,以此作为软硬件整合交互,人机交互的重要平台。软件模块化编程设计主要包括主程序模块,单片机与触摸屏的通信程序模块以及各个功能的程序模块。而功能模块的增减、调用基本上都是通过触摸屏界面设计来完成的。命令按钮采用事件触发机制调用程序从而大大提高系统的可扩展性和模块性。具体设计出各个功能模块,完成了以C8051F020单片机为核心的嵌入式系统相关软件模块的设计和硬件实物的制作。对硬软件整体联机调试,控制系统达到了控制功能要求。
　　 为扩展模块化系统设计研究,提高硬件设计灵活性,适应控制系统较高的模块化要求,在理论上探讨了基于FPGA软核MicroBlaze和其它IP核的控制系统设计方法。利用FPGA的软核MicroBlaze的特性,使用Xilinx ISE软件构造各IP核,利用IP核可自定义,独立性强的特点,将相关口核从控制系统中添加或删除,从而增减机械手的功能,提高控制系统的开放性。使用FPGA软核的自身特性为模块化的设计提供了一种新思路。