工业机器人控制器底层平台的设计与实现

admin · 发表于 2022-8-15 14:08:40

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摘要随着生产制造系统向着自动化、智能化的方向发展，工业机器人得到广泛应用，对于复杂的任务作业由单一机器人难以完成，通常需要由多机器人系统协同作业来完成。稳定可靠且支持分布式应用开发的底层平台对于分布式的多机器人协同系统的开发很关键，基于该平台进行工业机器人控制系统的开发，开发人员可以不考虑底层的细节题目，重点专注于上层应用的开发，从而大大降低工业机器人控制系统的开发难度。本文将基于嵌入式技术设计实现一个工业机器人控制器底层平台，在设计中需解决的主要题目包括：1. 如何在整体上满足系统的实时性需求。2.在保证系统实时性需求的前提下，如何提高系统的可扩展性和可复用性，以高效可靠地构建适应各行业需求的工业机器人控制系统。3.如何为上层软件提供透明互操作的支持。本文首先对现有工业机器人主要的应用行业和领域进行对比分析，获取了工业机器人控制器底层平台的功能需求与非功能需求。为了提高系统的可复用性和可扩展性，系统采用了基于分层的模块化体系结构设计思想，系统包括硬件平台、硬件抽象层、系统软件层和中间软件层四个层次，每一层由若干功能模块组成。为满足系统的实时性需求，控制器采用了ARM+DSP+FPGA整体架构，通过并行处理来提高系统的整体性能。系统中基于ARM的子系统主要完成机器人语言译码解析和系统控制功能，基于DSP的子系统主要完成机器人本体的运动控制，基于FPGA的逻辑设计主要完成I/O外设和伺服驱动器的控制信号脉冲的生成。通过移植扩展µC/OS-Ⅱ获得实时操作系统的相应服务，基于CAN总线设计实现基于优先级的传输层协议，为上层软件提供面向连接的端到端的实时数据传输，设计实现了中间件为上层软件提供透明互操作的支持。通过对基于该平台构建的控制系统进行试验，验证本文设计实现的底层平台的正确性和易用性。最后，对本研究工作做出了总结和展望。总结本研究工作取得的成果，并指出了研究中的不足之处以及下一步工作的着重点。关键词：工业机器人控制器，嵌入式系统，µC/OS-Ⅱ移植和扩展，实时性

工业机器人控制器底层平台的设计与实现

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