FPGA在嵌入式噴涂機器人控制器中的應用與研發(fā).pdf

1、噴涂是現(xiàn)今許多行業(yè)中應用最普遍的一種涂裝方式，隨著越來越多的行業(yè)對噴涂質(zhì)量、效率、復雜性和多樣性提出了相對更高的要求，傳統(tǒng)的手工噴涂作業(yè)和自動噴涂機已經(jīng)不能滿足需要。計算機數(shù)字控制技術的發(fā)展，使得現(xiàn)代噴涂作業(yè)中機器人噴涂已經(jīng)越來越成為一種趨勢。國外機器人噴涂技術較為成熟，其研究工作早在20世紀60年代就已經(jīng)開始，目前的噴涂機器人市場依然由國外公司的機器人品牌主導，如德國的KUKA公司、瑞典的ABB公司、日本的FANUC公司和MOTOMA

2、N公司等。而國內(nèi)對噴涂機器人的研究起步較晚，技術相對國外較為落后，現(xiàn)在國內(nèi)廠家還沒有完全意義上具有獨立生產(chǎn)噴涂機器人的能力。
　　針對國內(nèi)對機器人噴涂行業(yè)的市場需求，立足國內(nèi)噴涂機器人開發(fā)水平，在借鑒國外技術的基礎上，結合目前一線噴涂工人的機器人操作水平。本課題提出一種以伺服力矩控制提供助力，克服機器人示教慣性負載和各關節(jié)阻尼力的思路，設計一款基于OMAPL138異構雙核處理器+FPGA的嵌入式直接示教噴涂機器人控制器。本文結合嵌

3、入式直接示教噴涂機器人控制器的功能層次劃分，重點針對FPGA在控制器的應用，研究了控制器的總體方案、軟件平臺搭建、硬件電路設計和基于FPGA的設備層控制軟件設計與實現(xiàn)。
　　針對機器人控制器的功能需求和設計目標，將控制器劃分為界面層、控制層和設備層三個層次?？刂破髦蠴MAPL138的ARM內(nèi)核負責與機器人操作界面通訊和系統(tǒng)管理；DSP內(nèi)核負責機器人坐標變換、關節(jié)插補、采樣信息處理和助力算法等；FPGA負責機器人設備的控制與檢測。并

4、分析了基于OMAPL138+FPGA的噴涂機器人控制器總體設計方案，以及控制器的硬件、軟件平臺的設計。
　　結合基于OMAPL138+FPGA的噴涂機器人控制器硬件結構布局以及電源規(guī)劃和設計，介紹了OMAPL138核心板的硬件資源，重點闡述FPGA擴展底板和端子板的電路設計。并針對OMAPL138與FPGA之間的通訊接口方案，分析了基于EMIFA總線通訊的硬件電路，設計出基于FPGA的FIFO實現(xiàn)與OMAPL138的EMIFA通訊

5、。
　　針對伺服的信號采樣、位置/力矩控制和切換，以及I/O設備信號的檢測和控制，研究了基于FPGA的噴涂機器人控制器軟件設計與實現(xiàn)，包括增量型脈沖采樣模塊、DAC控制器、數(shù)字/脈沖轉換模塊和I/O監(jiān)控模塊，為實現(xiàn)噴涂機器人噴涂示教、助力和再現(xiàn)提供底層支撐。
　　最后，進行噴涂機器人控制器功能測試，并通過機器人進行工件試噴涂，以驗證控制器是否可以實現(xiàn)機器人噴涂示教和再現(xiàn)功能，以及能否達到預期的噴涂效果。目前，經(jīng)過功能測試驗證