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【6h】

基于CAN总线的机械手运动控制器设计

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引言

1 绪论

1.1 课题的背景意义

1.2 国内外研究现状及进展

1.3 课题研究的预期目标

1.4 课题研究的主要内容及思路

2 机械手运动控制器的总体方案设计及需求分析

2.1 几种运动控制器方案的对比

2.2 机械手运动控制器的需求分析及设计目标

2.3 机械手运动控制器总体方案设计

2.4 本章小结

3 机械手运动控制器系统的硬件平台搭建

3.1 硬件平台的选型

3.2 电源电路

3.3 主控芯片STM32F407电路

3.4 CAN总线电路设计

3.5 以太网电路设计

3.6 IO口相关电路设计

3.7 JTAG模块及LED指示灯电路设计

3.8 外部存储电路

3.9 硬件平台实物图

3.10 本章小结

4 机械手运动控制器软件平台的搭建

4.1 μCOS-II操作系统的移植

4.2 LwIP协议栈的移植

4.3 CANopen协议的介绍与应用

4.4 本章小结

5 机械手运动控制器系统的软件设计

5.1 以太网通信的设计

5.2 运动控制器的模式选择

5.3 数据处理及电机控制的实现

5.4 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢

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摘要

随着现代科学技术的快速发展,学科间出现了相互交叉与渗透,引起了工业控制领域的技术革命。传统的控制技术在结构上采用并联方式,并且不同厂家的设备不能相互通信连接,容易造成信息孤岛。现场总线的出现为解决上述问题提供了答案,现场总线采用串联结构,同时采用标准化和开放化的协议,把不同厂家的设备通过统一协议规范进行连接组成网络,解决信息孤岛问题。
  机械手已经成为现代机械制造生产中的一个重要组成部分,运动控制器是机械手的核心部分,其性能的优劣直接关系到生产效率与生产质量。本文通过对常见运动控制器的设计方案的分析,决定摈弃传统的设计方案,采用现场总线CAN总线与以太网结合的方案。
  本文利用以太网通信方式的稳定性、高速性,作为运动控制器与上位机的通信接口,并采用LwIP协议;利用CAN总线的稳定可靠性,并用RJ45接口作为运动控制器与伺服电机的通信接口,采用CANopen协议;运动控制器的主控单元采用以Cortex-M4为内核的微处理器STM32F407。该方案利用STM32F407的高处理速度与低功耗的优点,提升控制器的性能;利用CANopen协议的开放性和标准性提升运动控制器的通用性。
  运动控制器的硬件电路主要包括主控单元STM32F407、由CTM1050T组成的CAN通信模块、由DP83848组成的以太网通信电路、光耦隔离保护电路、IO扩展电路以及时钟电源等模块组成。控制器的软件部分通过移植μCOS-II嵌入式操作系统搭建多任务平台,通过移植LwIP实现通过以太网与上位机的通信,通过建立一个简单的CANopen协议的主站实现与伺服电机的通信。软件主要建立了三个任务,第一个任务是通过以太网和手持器进行通信;第二个任务是处理接收到的数据,根据不同的指令选择不同的工作模式;最后一个任务是执行具体的动作指令,并通过CAN总线与伺服电机通信。

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