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基于
dSPACE
的高速高精度并联机器人控制系统设计
刘 晗,张宪民
(华南理工大学 广东省精密装备与制造技术重点实验室,广东 广州 510641)
并联机器人具有大刚度、高精度、高承载能力、结构紧凑
的特点。作为典型并联机器人,平面 3-RRR 并联机器人继承
了以上的诸多优点,不仅可作为高精度定位平台,还可作为高
速移动平台。机器人的控制系统也需要根据高速、高精度不同
的应用场合进行针对性设计。
在以往平面 3-RRR 并联机器人的控制系统设计中,张学
涛构件了一种以“IPC+PMAC”为控制核心、“RTLinux”为开
发平台的控制系统
[1]
。通过驱动程序、中断服务程序和监视程
序实现了机器人平台控制与监视
[2]
。Lapusan 借助 dSPACE 控制
器搭建了机器人的控制系统,并基于 Simulink 实现了机器人的
离线仿真和轨迹跟踪实验
[3]
。以上两种控制系统均实现了机器
人的驱动,但缺乏针对高速、高精度不同应用场合的设计。另
一方面,Lapusan 的研究展示了 dSPACE 快速原型用于机器人控
制的灵活性与便捷性。dSPACE 是基于 Simulink 的半物理仿真
工具。其强大的计算功能可实时运行复杂控制程序,其丰富的
收稿日期:2014
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03
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28 稿件编号:201403311
基金项目:国家自然科学基金重大研究计划项目 (91223201);广东省自然科学基金团队 (S2013030013355);中央高校基本科研业务
费项目 (2012ZP0004);广东省高等学校珠江学者岗位计划 (2010)
作者简介:刘 晗 (1989—),男,黑龙江绥化人,硕士。研究方向:并联机器人控制。
1
控制系统组成
摘要:并联机器人已被广泛应用于高速运动和高精度定位场合,其控制系统设计也需要根据高速或高精度的应用需
要进行针对性设计,以更好发挥机器人的性能。本文基于
dSPACE
的快速原型技术,设计并构建了平面
3-RRR
并
联机器人的控制系统。针对高速运动、精密定位两种使用目的,设计了三种
Simulink
控制模型,解决了机器人在
位置控制模式与力矩控制模式的驱动问题。试验中一方面完成了机器人的轨迹跟踪,另一方面测量了运动学标定前
后定位误差分布,验证了该控制系统应用于高速、高精度控制的可行性。
关键词:
dSPACE
;快速控制原型;平面
3-RRR
并联机器人;
Simulink
中图分类号:
TN
05
文献标识码:A
文章编号:1674-6236(2014)11-0019-04
Control system design for a high speed and accuracy planar 3-RRR
parallel robot basing on dSPACE
LIU Han, ZHANG Xian-min
(
Guangdong Province Key Laboratory of Precision Equipment and Manufacturing Technology,South China University of
Technology,Guangzhou 510641, China
)
Abstract:
Parallel robots have been widely used as high speed platform and high accuracy positioning platform. The
control system should also be designed basing on the needs of high speed or accuracy. Basing on dSPACE rapid
prototyping technology, this paper put forward three Simulink models for high speed control and high accuracy control,
and makes a demonstration of the whole process of control experiment. On one hand, we demonstrate how to realize high
speed trajectory tracking; on the other hand we measured the positioning error before and after kinematic calibration.
The experiments prove that this control system is suitable for both high speed and accuracy motion control.
Key words:
dSPACE; rapid control prototyping; 3-RRR parallel robot; simulink
驱动器与传感器接口方便了与外围设备的连接,可满足不同应
用场合的需要。它实现了与 MATLAB/Simulink 的无缝连接,借
助 Simulink 建模方法构建控制器模型,减少了在开发硬件驱动
程序上的时间与精力,提高了机器人控制系统开发效率
[4-5]
。
基于上述考虑,本文基于 dSPACE 板载控制器设计并搭建
了平面 3-RRR 并联机器人控制系统。并根据高速和高精度应
用场合的不同,伺服驱动器工作方式的不同,针对性的设计了
多种控制模型。
1.1
硬件系统
平面 3-RRR 并联机器人机构简图如图 1。伺服电机通过
行星齿轮减速器与驱动关节 A1、A2、A3 相连。驱动关节通过
3 条主动臂和从动臂组成的驱动链与动平台
C
1
C
2
C
3
连接,使动
平台在工作平面内拥有两个平动自由度和一个转动自由度。该
机器人的几何参数已经过优化,可实现工作平面内边长 200 mm
电子设计工程
第
11
期第
22
卷
Vol.
22
No.
11
Electronic Design Engineering
Jun.
2014
2014 年6月