【摘 要】
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随着工业的发展与进步,机器人的应用已经越来越广泛。运动控制系统的研究是机器人控制中的关键问题,控制系统性能的优良直接影响实际机器人作业性能。针对当前基于现场总线的多关节机器人系统响应速度慢、通信带宽低以及实时性差等问题,基于ROS平台和IgH主站,设计了一种机器人控制系统,并通过Qt平台引入多线程技术,对整个机器人运行状态进行监控。首先,分析机器人控制系统所需的功能要求和技术指标,从而对其进行整体
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随着工业的发展与进步,机器人的应用已经越来越广泛。运动控制系统的研究是机器人控制中的关键问题,控制系统性能的优良直接影响实际机器人作业性能。针对当前基于现场总线的多关节机器人系统响应速度慢、通信带宽低以及实时性差等问题,基于ROS平台和IgH主站,设计了一种机器人控制系统,并通过Qt平台引入多线程技术,对整个机器人运行状态进行监控。首先,分析机器人控制系统所需的功能要求和技术指标,从而对其进行整体设计,通过多种方案对比,选择合适的主站、实时内核以及硬件,完成对机器人控制系统的各个模块及功能设计。其次,实现Ether CAT通信并设计主从站软件,详细介绍了Ether CAT的工作原理,包括数据帧结构、总线寻址方式、通讯模式和状态机。在Linux和Xenomai双内核环境下,搭建了IgH主站,分别实现了Linux非实时任务和Xenomai周期实时任务,提高了Ether CAT通讯的稳定性。然后,根据URDF模型文件,在ROS平台下搭建了机器人模型,分析各个节点所实现的功能,设计ROS平台和IgH主站的融合方案,通过Moveit!架构实现运动控制功能,利用ROS下各种通信方式实现数据的传输,并对RRTStar算法进行改进,优化了运动规划功能。接着,从嵌入式角度出发,结合数学建模工具,通过Qt平台实现了状态监控界面的设计,包括机器人关节运行状态监控、从站寄存器监控以及从站EEPROM监控模块,并引入了多线程技术,将界面显示、Ether CAT通讯与ROS控制、数据库等功能分线程运行,通过信号与槽机制实现线程间的通讯。最后,搭建完整的机器人测试平台,对以上研究内容及机器人控制系统的各项功能进行实验,包括Ether CAT通讯、关节运行性能测试、运动控制功能测试及精度分析。实验结果表明,该机器人控制系统满足各项功能和技术指标的要求。
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