基于FPGA EtherCAT的六自由度机器人视觉伺服控制设计.docx
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1、基于FPGAEtherCAT的六自由度机器人视觉伺服控制设计概述中国制造2025是中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领,是全面提升中国制造业发展质量和水平的重大战略部署,其中明确指出了围绕工业机器人创新技术的重要地位。目前工U技术已经广泛应用在汽车加工、食物分拣、自动化生产装配等领域。工业现场通信技术是智能制造业的核心技术之一,随着智能制造业的快速发展,对节点间通信的实时性、可靠性以及通信带宽提出了更高的要求。工业以太网主站可以在多种平台上运行,只需便性提供一个标准的网口。因此,成本低廉、简单灵活、高速实时的嵌入式平台在硬件上可以作为工业以太网主站使用,从而提供一种新的网络化、信息化、
2、智能化的解决方案。传统的硬件平台采用DSP对图像进行处理,其处理速度较慢,无法满足图像处理实时性要求,限制了机器视觉的应用。FPGA作为一种硬件平台,用于数字图像处理,具有速度快、集成度高、可靠性强等优点。为了提高图像的质量和增强系统处理图像的实时性,本文提出了一种伊瑟特的六自由度机器人视觉伺服控制系统,将摄像头集成到基于Zynq的伊瑟特主站上,提高了视觉伺服的实时性。经测试,该平台能够对视觉检测目标的变化做出及时的反应,为础宜动化提供了一套切实可行的方案。本文针对基于机器视觉的工业机器人进行研究,主要工作包括以下几点:(1)设计了基于伊瑟特的六自由度机器人视觉伺服控制系统总体方案。以ESR6
3、B机器人、Zynq和摄像头为硬件基础,搭建了六自由度机器人视觉平台。(2)设计了基于FPGA的视觉检测方案。利用西林提供的H1S和CV库对从摄像头采集到的像素流进行实时处理,并设计了一套识别物块坐标位置的程序流程,便于伊瑟特主站实时地读取物块坐标值,处理后的图像通过HDM1接口输出到显示屏。(3)完成了伊瑟特对伺服的位置控制。利用Zynq的P1层进行了伊瑟特以太网帧的收发和主站时钟的校准,在PS层运行苏姆的裸机程序,并将六自由度串联机器人逆解算法移植到主站代码里,进行机器人末端位置对于视觉反馈的实时跟随控制。(4)通过实验验证了本设计的对物块识别的准确性和实时性,并使用自主研发的六自由度串联机
4、器人进行实际的运动控制实验。实验证明,机器人可以实时地跟随屏幕上显示的物块运动。主要创新点本设计难点在于如何提高视觉检测的实时性和机器人运动控制的实时性,创新地采用了XiIinX的ZynQ异构处理器,将FPGA作为视觉处理的主要单元,并将伊瑟特主站移植到Zynq平台,这样,在一块芯柱里就完成了实时的视觉检测和运动控制。本设计采用H1S进行视觉处理,对代码进行了优化,使得整个视觉处理模块的延时仅为18.6ms。同时,在通信方面,本设计使用FPGA进行伊瑟特帧的收发和校验,使得直流电同步周期抖动稳定在小于W时间。实时的视觉检测和运动控制在工业机器人视觉伺服中有着广阔的应用,本实验将集成摄像头的伊瑟
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