基于DSP的机器人伺服电机测控实验系统设计与开发

（一）研究目的

(1) 本项目研究机械臂与变位机控制技术，有利于提高产品的控制精度和质量，有助于解决中小型企业普遍面临着的人力工作效率低、技术工人缺乏等问题。
(2) 通过本项目的开展，使学生得到相关技能的锻炼，提高团队意识和科研能力。

（二）研究内容

(1) 学习变位机的模型及其工作原理，掌握变位机的系统组成及工作流程掌握机器人变位机系统组成。
(2) 建立变位机的三维几何模型，使三维几何模型可视化，进行运动学建模，证明正运动分析过程的正确性。
(3) 在虚拟环境下实现变位机运动仿真，包括模型逆解、轨迹规划程序的编写，直线、圆弧等轨迹规划的仿真。
(4) 开发设计变位机主控制电路板，包括设计开发板各个模块，对设计方法进行详细的描述。
(5) 开发变位机移动DSP控制程序，对各部分的软硬件进行测试，实现变位机的智能运动控制。

（三）国内外研究现状和发展动态

发展工业机器人在当下是很有战略意义的，它是衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志，可以加速我国工业转型升级的务实之选，对重塑我国制造业竞争优势起着至关重要的作用。我国目前已基本掌握了机器人手臂与变位机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、电焊、装配、搬运等机器人。
一些产品的技术水平已达到国际先进水平，但在总体技术上还有很大差距，仅相当于国外90年代中期的水平。伴随我国工业机器人需求的迅猛增长，实力良莠不齐的企业纷纷进入工业机器人生产市场，势必造成质低价廉的恶性竞争；虽然我国有近百家从事工业机器人研究生产的高校院所和企业，但现行的体制造成研究形式上过于独立封闭、内容上较为分散，难以形成合力，造成重复研究与时间、经费的浪费；多数企业热衷于大而全，一些关键部件研发生产的企业纷纷转入整机的生产，难以形成研发、生产、制造、销售、集成、服务等有序、细化的产业链。因此，工业机器人的产业化发展有待规范。从近几年世界推出的机器人产品来看，新一代工业机器人正在向智能化、模块化和系统化方向发展。美国推行“再工业化”战略，大力发展工业机器人，希望重振制造业；日本可以称得上是“机器人大国”。
2004年5月发布的“新产业发展战略”明确了机器人产业等7个产业领域为重点发展产业。近两年又开始重新审视机器人产业政策；韩国2009年公布《智能机器人基本计划》，2012年10月发布了“机器人未来战略展望2022”，将政策焦点放在了扩大韩国机器人产业并支持国内机器人企业进军海外市场方面；欧盟2011年8月通过了一份发展制造业计划，提出新工业革命概念，以机器人和信息技术为支撑，实现制造模式的变革。我国现行的体制造成研究形式上过于独立封闭、内容上较为分散，难以形成合力，造成重复研究与时间、经费的浪费；多数企业热衷于大而全，一些关键部件研发生产的企业纷纷转入整机的生产，难以形成研发、生产、制造、销售、集成、服务等有序、细化的产业链。因此，工业机器人的产业化发展有待规范。本项目旨在通过系统的研究，最终实现变位机的智能控制，以便提高国产机器人的各项性能指标，尤其是在工作精度、生产质量等与国外差距较大的方面，同时减小开发的难度，解决机器人手臂与变位机的研发扩展需求。

（四）创新点与项目特 {MOD}

1、创新点

(1) 基于变位机机理模型，对其移动轨迹进行仿真研究。(2) 基于C++语言实现变位机的三维立体虚拟运动仿真。(3) 基于DSP28335设计变位机主控电路。

2、项目特 {MOD}

本项目融合了自动化、电气工程，机械工程等多学科领域知识，并且符合国家人工智能发展道路，响应总书记“大众创业，万众创新”的号召，为2025中国智造注入新活力。

（五）技术路线、拟解决的问题

按照技术关联和时间先后顺序，按照先基础后深入研究原则，依次开如下工作：
(1) 建立变位机的三维几何模型利用C++语言虚拟构建变位机的三维几何模型并使其可视化，根据其实际尺寸建立D-H坐标系，并进行运动学分析，得到正运动学方程，利用MATLAB中的robotics toolbox模块建立机器人三维模型，并给出任意位姿参数仿真出正运动结果，证明正运动分析过程的正确性。
(2) 变位机的虚拟运动仿真和轨迹规划利用变位机的正运动方程，在MATLAB中编写程序并得到工作台的工作空间，为机器人在实际工作环境中提供指导作用。对机器人运动空间进行轨迹规划，对过中间路径点的轨迹采用三次多项式插值法和五次多项式插值法分别进行计算和仿真比较，得到两种方法的优缺点，为机器人能够平稳运行提供最优规划方法。
(3) 自行开发变位机主控制电路板设计以太网接口来实现运动控制器与上位机的高速通讯，然后设计232异步串口和CAN总线接口来实现与示教器、其他运动控制器等的连接；利用DSP芯片产生电机控制所需的脉冲信号，选用数模转换芯片产生拟置信号，运动控制器外扩一块高速SDRAM来满足智能控制算法对硬件存储量的要求；最后设计USB接口来传输机器人运动过程中产生的各种信息。
(4) 变位机的运动控制。将运动控制卡安装到变位机上，针对所设计的运动控制器的功能模块，编写相应的程序，主要包括DA转换程序，光电编码器接收程序，运动控制端的各种通讯程序，并给出编写思路，实现变位机的运动控制。
技术路线图如图1所示：

拟解决的问题

（1）给出详细的方法完成机器人手臂末端直线和圆弧的轨迹规划。
（2）对各元件进行初步的特性分析，设计机器人手臂的控制系统及相应电路。
（3）针对所设计的控制板，编写相应的程序实现机器人手臂的基本功能。 以上就是项目的大致内容了，这个寒假，我们小组开始了DSP的学习，希望大佬们不吝赐教吧~~