基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计

摘要

论文论述了喷浆机器人国内外的市场需求和技术发展，并阐述了山东科技大学机器人研究中心研制的PJR-2X型喷浆机器人的结构和工作原理；针对其控制系统的专门性和封闭式的体系结构，将小喷浆机器人进行开放式算法平台改造，把控制器的控制算法由单片机实现改成由PC机的开放式算法平台处理，将得到的控制量输出给控制器，进而实现对比例阀的控制。
　　为了实现喷浆机器人的开放式控制算法，本课题以PJR-2X型喷浆机器人为应用载体，重新研究设计了PJR-2X喷浆机器人的控制系统，包括操作器、直接控制器以及连接双方通信并实现开放式控制算法的PC机。此系统融合了机器人技术、控制技术和基于Visual Basic6.0的串口通讯技术。以操作器、直接控制器和PC机基于VB开放式算法平台要实现的功能为前提，分别论证了操作器、直接控制器和PC机基于VB开放式算法平台的设计方案，重点介绍了开放式算法平台的设计。此系统大幅度加强了PJR-2X型喷浆机器人的稳定性、可靠性以及灵活性。
　　在对操作器和控制器的设计中，采用C8051F020单片机应用系统，在基于Keil u Vision2下的Silicon Laboratories IDE集成开发环境中进行软件开发和调试。此次设计以C8051F系列单片机为控制系统核心，详细阐述了操作器的硬件电路结构，直接控制器的比例阀控制电路结构和开关阀控制电路结构。
　　在对PC机开放式控制算法平台的设计中，采用Visual Basic对开放式算法平台进行开发。论文重点介绍了应用Visual Basic串口通讯技术实现操作器、直接控制器和PC机三方通讯，用VB进行控制算法的编程，在PC机上直接进行控制算法参数的修改，用PC机直接进行控制。此处控制算法采用新型PID控制算法进行实验。
　　控制算法的开放可以让用户实时改变低层位置控制算法，这对于研究和应用机器人的许多控制算法具有重要意义。

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Contents

1 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 喷浆机器人及开放式控制系统国内外研究现状

1.3 课题研究内容安排

2 喷浆机器人及开放式算法的功能特性

2.1 喷浆机器人的结构和工作原理

2.2 开放式算法的功能特性

3 PJR-2X型喷浆机器人控制系统电路设计

3.1 系统总体设计

4 开放式算法平台的设计

4.1 基于VB的串口通讯技术

4.2 控制算法的选择

4.3 基于VB的开放式算法平台的软件实现

5 PJR-2X型喷浆机器人的调试

5.1 控制算法参数整定及仿真

5.2 PJR-2X型喷浆机器人调试结果

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录A 操作器电路原理图

附录B 直接控制器比例伺服控制模块电路原理图

附录C 直接控制器开关量控制模块电路原理图