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关于机器人论文范文写作 基于Syac控制平台的机器人设计和仿真相关论文写作资料

主题:机器人论文写作 时间:2024-03-18

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摘 要:针对运动在群众中认知度底、相关理论研究滞后等问题,设计了易于搭建、富有研究性的机器人.首先对机器人运动学进行了建模,研究了机器人位置正、反解算法,分析了间的碰撞关系.利用Syac平台搭建了机器人运动控制系统,研究了运动控制程序及击打策略,通过3D仿真环境测试了设计的可行性,为进一步研究智能算法奠定了基础.

关键词:机器人;Syac;运动控制;3D仿真

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.113

0 引言

运动起源于苏格兰,是一项技巧、智慧、个人和团体相结合、策略性较强的运动,距今已有500多年的历史.我国开展这项活动的时间不长,但是近二十年时间取得了不少优异的成绩,2022年北京冬奥会为这项运动的进一步发展提供了良好的契机[1].但是,还存在群众认知度低、后备人才短缺、基础建设落后等问题,人才的短缺是最紧迫的问题.为了一定程度上解决人才缺乏、社会认知度低、科学研究缺乏等问题,设计了一种基于Syac控制平台的机器人,首先对机器人进行了动力学分析,初步研究了机器人控制程序及算法策略,最后进行了算法仿真调试,为进一步实现人机对战、机机对战做好前期工作.

1 机器人运动学分析

1.1 位置的正、反解

又称为冰球,以最终场上冰球与圆心的距离远近来计算分数高低,十分讲究策略和智慧.本机器人平台为了方便研究算法设计了一个如图1的简化的平台,用模拟的圆柱体小球替代,对弈双方可以是人-机,或者机-机,双方根据视觉传感器返回的小球的位置采用不同的策略进行对战.如果要控制机械手运动,需要分析其运动学正解、反解[2].

机器人运动学正解是要求已知两个运动轴的旋转角度推算出机器人末端的坐标位置,机器人机构简图如图2所示,其中左侧伺服电机角度、右侧伺服电机角度、主臂为、从臂为、两轴间距、平动盘长度,需要求解机器人末端位置.

若将C点右移,D点左移,两圆相交于点G,则利用上述(1)、(2)两式联立求解,可得,此为机器人运动学的正解反之,已知机器人末端位置,主臂、从臂、两轴间距、平动盘长度,反推左右两个伺服电机的角度、,称之为机器人运动学反解[3],这里不再赘述.根据正反解的算法,在Syac平台中构建机器人运动学正、反解功能块,只需要输入预设的坐标值,系统便可以进行相应的运动控制.

1.2 碰撞分析

击打时两球之间、球与球场之间会存在碰撞、反弹等物理运动,需要进一步分析.其中碰撞有完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和弹性碰撞三种,这里将模型简化,默认之间的碰撞遵守动量守恒定律,则只存在完全弹性碰撞.如图3所示,球速度为V,质量为m1,球速度为U,质量为m2,半径均为r.在t时刻两球碰撞,设两球球心连线O1O2为轴,过两球切点且垂直于轴的为轴,碰撞后球O1速度为,球O2速度为.

如果球O1和O2之间是对心正碰,即两球的速度V和U在同一直线上,碰撞后交换速度:,.

如图4所示,如果撞击球场边框,小球就会反弹,如果视边框质量无穷大,碰撞边框为轴,其在垂直边框方向的速度反向,则速度变为:

2 Syac控制平台设计

2.1 Syac控制平台简介

Syac控制平台是欧姆龙公司新一代集运动控制、逻辑编译、视觉分析为一体的自动化设计平台,具有高速度、高精度和高可靠性等特点[4].该平台关注于自动化设备的一体化连接性能,由四部分组成,分别是集成顺序逻辑、运动控制和网络通信功能的机械自动化控制器NJ,整合运动、序列、驱动和视觉传感、编程和仿真的Syac studio软件,实现运动、视觉等信号高速传输的网络控制器EtherCAT,和可对整条生产线或者智能工厂实现控制协议的工业开放式网络EtherNet/IP.

2.2 运动轴组的建立

机器人通过左右两个伺服电机来控制前端的平动盘沿着X-Y平面运动,这里采用Syac studio软件来实现伺服轴的配置.首先在运动控制设置里添加两根并联的伺服运动轴MC_Axis000和MC_Axis001,分别为机器人的左右电机,然后如图5所示,分別进行基本参数设置、单位换算设置、轴操作设置等,最后将它们配置成的一个轴组MC_Group000.

2.3 FB模块设计

Syac平台使用一个Syac studio软件即可对整个机械系统进行一体化编程,该软件基于国际IEC61131-3标准,提供了包含程序、功能和功能块的POU编程环境.不同于以往的梯形图编程环境,这种丰富的编程方式可以使程序更加条理化、易读易维护化,由于机器人需要输入的参数比较多,设计了如图6所示的FB功能块,通过集成化的功能块实现多数据输入、多数据输出,仅需一个软元件即可启动程序.通过该FB可对机器人控制系统的球的参数、球的位置、场地环境等进行设置,同时输出目标位置和初速度等关键信息.

2.4 仿真环境搭建

Syac studio提供了完善的程序调试和仿真功能,支持运动模拟仿真,可以以2D或3D形式显示跟踪的数据和设备运动的轨迹.如图7在“数据跟踪设置--右键添加--单击数据跟踪”即可添加一个数据项目.如图8所示即可进行跟踪类型、采样间隔、后触发速度比率、触发条件等设置,点击加载3D模型可以加载机器人3D模型,而机器人可以简化为一个正交机械手,之后进行运动仿真可以观察各轴运动数据和仿真图像.

3 机器人程序设计及调试

3.1 运动控制程序设计

机器人的控制程序主要是对Syac stduio中配置的两个轴进行运动控制,利用内置的运动控制模块MC(Motion Control Function Module)以及梯形图与ST语言相结合的方式实现[5].首先使用MC_Power指令对各轴进行伺服锁定,接着使用MC_Home指令将各轴回原点,最后启用轴组指令MC_GroupEnable将MC_Group000设置为有效.机器人两轴组成的轴组可以调用内置的直线插补指令MC_MoveLinear来实现平面坐标的位移,只需要输入轴组、位置、速度、加速度等变量,其中位置、速度加速度参数可以由自编的ST算法语言计算得出.

结论:关于对写作机器人论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文机器人论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。

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