关键词：CANopen;控制器软件;机械臂;运动学
摘 要：控制器是机器人系统的核心部件之一,担负着运动控制、状态监控以及底层通信等任务。本文讨论了一种以CAN作为低层通信总线、以CANopen作为高层通信协议、以PC+分布式驱动器作为硬件平台的机械臂控制器实现方案,并对控制器软件架构及部分模块进行了描述。首先,简要介绍了机械臂的硬件架构,并对其中与控制器相关的部分进行了介绍,包括工控机、CAN-USB转接器、驱动器以及机械臂结构。其次,研究了机械臂的运动学。以齐次变换矩阵描述刚体的位姿,利用改进DH法描述连杆坐标系及连杆参数,进而列出连杆变换表达式以及位姿正运动学方程,求解了速度正运动学方程中的雅可比矩阵以及位姿逆运动学方程。然后,实现了控制驱动器的通用CANopen主站。分析了 CAN报文,介绍并实现了 CiA301通信子协议与CiADSP-402设备子协议中的相关内容,并对实现的CANopen主站的实时性进行了分析与实验,结果表明实时性较好。最后,对设计与实现的控制器软件中的部分模块进行了描述。在CANopen主站基础上添加了用于控制机械臂的功能,讨论了位置插值模块与状态更新模块的理论基础与实现方式,并对二者进行了测试。实践证明,该控制器软件具有可行性。
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