基于运动控制卡的四关节机械手臂控制系统设计-机械设计制造及其自动化学士学位

基于运动控制卡的四关节机械手臂控制系统设计-机械设计制造及其自动化学士学位内容摘要：

统结构 第二类就是闭环控制系统。 图 即为整个闭环系统的组成，与开环相比最明显的区别就是多了反馈。 这就说明闭环中必须对比一下输出和输入的信号。 并且可以发现误差主要产生于输出和开始输入间，然后我们要对比误差并且改变其中的一些东西，尽量让误差变小并最终在之前我们规定的误差范围内。 闭环虽然多了反馈，但是它的稳定性也提高了很多。 8 图 典型的闭环运动控制系统结构 GT 系列运动控制器 GT系列运动控制器是我这次毕设使用的主要的控制器，它由固高科技生产。 这款 控制器与以往控制器相比最大的优势就是可以同时控制四个轴，并且可以实现两轴、三轴的协调运动，且具有比较精确的控制计算能力。 因为我们要在 VC 中使用控制器的函数库，所有就要分为 ISA 卡和 PCI卡两种，本次毕设我选的是后者，它不仅具有曲线和点动规则而且能实现不止一个轴的直线或者圆弧的插补。 不仅如此 GT 系列控制器还具有前面我们介绍过的一种功能，那就是我们可以自己任意的编写所需要的比较特殊的界面，而且不用顾虑界面的格式等一些问题，并且它还可以减少我们自己编程时所产生的错误，而且程序的调用也很简单。 图 运动控制器及控制系统的组成 9 图 GT 系列运动控制器应用 图 GT400SV 运动控制卡 GT 系列运动控制器的大体构造，如图 所示 : 图 运动控制器连接器与分线板置示意 图 如下面的图标 是各个连接器和分线板之间的功能介绍： 10 表 连接器和分线板的功能介绍 四关节机械手 在 Microsoft Visual C++ 中的 MFC appwizard 中编写界面，包括初始化、单轴运动、两轴联动、三轴联动，并在最后编写一个自定义轨迹，然后调用 GTCard 里面的程序并把它们插入在每个界面的适当位置。 这时就可以让驱动器工作了，伺服驱动器被激活后就能够处理消息，此时电机就能顺利运转，电机运转带动丝杠转动，这时候 XYZW平台就可以移动了。 因为我 们编定了一个自定义轨迹，为了让这个轨迹能够显示出来，我们还要找一个特殊的设备来让记录笔的轨迹路线显示。 图 GT 系列运动控制器 图 四关节机械手 11 GT 系列运动控制器的原理 我们从几个方面来介绍 GT 运动控制卡，下面分别从位置、作用、和使用的前提条件包括导线间的连接等方面来具体分析。 如图 我们在图的左下角可以看见三个选项，点击最左边的ClassView 按钮，我们可以看到图上面出现了几个选项，在 CAboutDlg 的下面就是我们所需要的 CGTCard，这个类 是有固高科技生产的，如果在 这一编程软件中插入这个类，那么我们就可以通过调用这个类来完成许多我们想实现的功能，虽然表面上看不出来这个类有多强大，但是下面我们就会知道它有多强大了。 CGTCard 在类中所在的位置 如图 我们点击 CGTCard 旁边的加号会看见它突然生成许多个小项，这每一个小项其实都代表一个不同的操作指令，在 里插入了它之后我们就可以随心所欲地调用里面的任何一个功能，而且调用的时候不需要我们自己编写程序，非常方便、快捷。 CGTCard 中包含的各个项 12 如图 双击 CGTCard 下的任意一个选项，我们会在右边的空白页上看到一连串的程序，分析每个程序里的内容我们就会发现，其实程序里所表达的意思就是为了完成我们所点击的那个选项，所以当我们想完成某一选项时，直接调用就好了，因为 CGTCard 这个高达上的产品已经替我们把程序给编好了。 图 每个项所表达的意义 安装步骤 ①我们必须提前把条件设定好这样的话才可能让主机和控制卡的 联接是良好的，比如卡的基地址要提前设定。 因为设备在未使用之前有些东西的设置是本来就定好的，我们就不需要再重新设定，所以卡在安装时也是如此，并且卡上可以安放一个槽。 ②卡和计算机按照规定连接起来，当出现问题时，可以参考说明书的要求循序渐进，不能急于求成，而且连接好线之后还要检查一下电源是否是断开的，因为卡的重要性，所以要轻轻的对它，在与计算机连接前要和金属放在一起，以免出现不必要因素使卡损毁，更严重的后果有可能同时损毁电脑，所以在安装前要做好准备，等一切齐全之后再重新检查设备，这样才能保证不会出现意外。 ③控 制器驱动通讯，安装之前要先观察设备，仔细审核说明书按要求把它放在正确的位置，以免出现程序无法运作这一错误，通常情况下我们可以通过学习网上的视频等条件顺利安装好它。 ④把主机与上述第三个设备相连接，然后把程序打开，看他运作起来是不是有问题，没有问题那就说明连接正确，反之就要重新检测，找出问题的所在并且对症下药。 ⑤把驱动器和电机通过导线相连接，当然连接他们必须在卡和驱动器的前面而且需确认电机不存在负载，且是没有危险的，然后按照规定逐一相连，连接完之后就是检测了，若运行正常则进行下一步。 ⑥把电脑的电源闭合，然 后再把卡和端子板相连，因为端口和接线比较多，连接时要认真、细心的逐一对应连接并且连接完毕后再次检查，以免发生意外。 13 图 卡和端子板连接图 ⑦把驱动器、系统输入 /输出和端子板连接起来 ⑴ 连接端子板和电源 图 连接端子和电源示意图 ⑵ 特定的输入、输出相连的方法 图 特定输入输出信号示意图 14 图 驱动器速度控制方式接线 图 编码器与端子板连接示意图 图 模拟输入连接法 15 第三章 运动控制系统界面的制作及程序的编制 V C++编程 V C++介绍 Microsoft Visual C++ 是本次我毕设用的主要的编程的软件，它的功能相比于其他的软件应该算是很强大的。 当然这也是经过一步步的升级改造，不过在这里也必须要说它的这种改变也得益于科技在近段时间的飞速提高。 软件的变化最大的一点应该就是 MFC appwizard 了吧，他的中文意思也可以称 作可视化编程，可视化即能够看得见而不像以前的那些软件要靠自己去想。 现在有了它我们就不需要绞尽脑汁似的去考虑这个那个了。 既然要介绍它的功能与结构，那就从我毕设的第一步一直向下来看吧。 首先打开 这个软件，我们看见的就是下面的这个界面，通过这个界面我们可以看见它的最上面一排有文件、编辑、查看、插入、工程、组建、工具、窗口、帮助等选项。 图 初始界面图 其实如果你们只是觉得这个界面上只有这几个选项那就大错特错了，在这每个选项的下面又会细分成很多个不同的选项，为了完成这次的毕设任 务，我选择的是第一个即文件栏下的新建，此时我们可以看见与上面的图相比，下面的图已经发生了改变，在新弹出来的的页面上我们可以看见许多的选项，最上面有四个选项，然后它们的下面依次分为许多不同的选项，前面我们已经介绍了要用 MFC appwizard(exe)，所以我们点击第二个选项即工程然后从上向下数第十一个就是我们所需要的但是这时候如果直接点击右下方的确定是无法实现的，我们还需要添加一个工程名称，也就是给自己的界面取个名字，这时候我们再点击确定它才能起作用。 16 图 新建栏下的界面图 然后就能看见 下面的界面了，这时候我们有三个不同的选择，然后考虑到我们设计的是界面，所以就选择第三个选项即对话框，然后选择完成按钮。 图 MFC 选择界面 这时候就进入了我们所需要的界面，从上面的介绍可以看出在经过改进后 中的 MFC appwizard 不仅方便、简单而且比较人工智能。 从下面的图中这时候我们可以看见一个方框旁边还有一个单独存在的叫做控件的栏。 其实这就是我们编辑界面所需要的背景和一些按键，右边的那些按键，每一个都 图 MFC appwizard 工作界面 代表一种指令，通 过他们我们就可以很轻松的来选择所需要的按键，并且它们的大小还有名称我们都可以修改，有了它们真的可以减少许多不必要的操作。 看过右边的控件，我们可以看见最左边还有三个不同的按键，每 17 一个按键名称不同所以前面的图标也各不相同，从左到右依次是类、资源和文件。 从名称就可以看出它们的意思不同所以作用也不相同。 第一个主要是包含着一些函数和改变的量。 第二个顾名思义当然是把很多的东西存放在里面比如我们写好的界面等。 最后一个显然就是编辑时所产生的文件。 如果你以为这个程序只是可以布置界面那么简单而已，那你就大错特错了，它不仅可以布 置界面还有一个更重要的作用，从软件的名称我们就应该知道了，那当然就是编程啊，下面我们会逐一介绍编程这一块的。 各轴回原点的原理和程序 X、 Y、 Z、 W 四个轴，每个轴都是独立的互相都影响不到对方，因为我的界面里面有单个的轴的回到起始点和所有的轴都回到起始点这两种。 虽然同是都是回到起始点，不过这两者之间还是有一定差异的。 但是 X、Y、 Z、 W 这四个轴的单个轴的回到起始点之间还是有联系的。 当然既然。