基于CAN总线的机器人控制系统的设计与实现

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应用技术

基于CAN总线的机器人控制系统的设计与实现

粟中权 梁昔明 鲁五一

(中南大学信息科学与工程学院)

摘要:本文介绍一个基于CAN总线的6关节机器人的控制系统。介绍了CAN总线技术的特点并给出控制

系统上下位机的硬件组成和软件设计。

关键词:CAN总线;机器人;单片机

1 引言

处理,同时采用中断方式和上位机通信,接收上位机的控制信号和向上位机传送各关节的位置信号。

随着时代的发展,工业自动化的水平越来越高。

机器人的应用是工业自动化的一个重要表现。机器人可以用于工业领域的各个方面,如采矿业、制造业等。 在机器人控制系统中,通讯是一个重要的方面。“Controller Area Network”,即控制器局域网,简称CAN,是国际上应用最广泛的现场总线之一。其最初出现在20世纪80年代末的汽车工业中,由德国Bosch公司最先提出。现在CAN总线已在汽车工业、航空工业、工业控制和安全防护等领域中得到广泛应用。CAN总线是一种具有极大应用前景的现场总线技术,由于其特点而适合用作多关节的机器人总线技术。

工业级PC

图1机器人控制系统总体框图

3 CAN总线介绍

CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。其主要特点有:(1)多主总线,各节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息;(2)采用独特的非破坏性总线仲裁技术,优先级高的节点优先传送数据,能满足实时性要求;(3)具有点对点,一点对多点及全局广播传送数据的功能;(4)CAN总线上每帧有效字节数最多为8个,并有CRC及其它校验措施,数据出错率极低,一旦某一节点出现严重错误,可自动脱离总线,总线上的其他操作不受影响;(5)40m内的通信速率可达1 Mb/s;5 kb/s下的传输距离可达10 km。节点数实际可达110个;(6)CAN总线只有两根导线,系统扩充时,直接将新节点挂接在总线上即可。因此,CAN总线成为分布式计算机控制系统的理想总线。

CAN总线有两种逻辑状态:隐性或显性。CAN总线技术规范2.0版有A、B两部分。CAN2.0A给出

2 系统介绍

机器人是液压关节式机械手臂,整个系统由机械本体、控制柜、液压站和主控计算机等4部分组成。该机器人具有6个自由度,即6个关节。对机器人位置的精确控制是机器人控制系统所要完成的主要任务,为了达到实时控制性能好、伺服控制精度高的要求,采用了基于CAN总线的上、下位机分散控制系统结构,如图1所示。其中上位机是一台PC工控机,主要负责机器人的路径规划、任务分配、系统监视等;下位机为6个单片机控制系统,主要负责伺服阀的控制和位置传感器的信号采集等。另外还包含一个液压站的单片机控制系统。

采用这种控制系统,可以实现上位机对各个关节的单独控制。下位机6个单片机系统是并行工作的。各单片机系统可以负责本关节的控制和反馈信号的

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了标准格式,CAN2.0B给出了标准和扩展的两种格式。标识符场的长度区别了标准帧和扩展帧,即标准帧有11位标识符,扩展帧有29位标志符。报文传送

采用Visual C++6.0编写,运动学正逆解调用MATLAB的C++函数库,而OPENGL动画的绘制也需要调用OPENGL提供的函数库,控制部分调用

关节复位;(2)负责和上位机通信;(3)采集数据和输出控制信号;(4)PID算法的实现。下位机软件采用C语言编程。

下位机程序(见图4)主要包括4大部分,即主程序、初始化、CAN通信和控制部分。初始化部分

2004年第4期广东自动化与信息工程 17

图2 CAN通信接口模块框图

5 系统软件设计(图3、图4)

5.1 上位机软件设计

上位机软件分为程序界面、控制部分、运动学部 分和OPENGL实时动画演示部分。上位机应用程序

包括单片机的初始化、CAN通信模块的初始化、和上位机通信测试、测试关节位置和环境状态。CAN通信模块主要负责上、下位机进行串行总线通信,包括向上位机发送数据和从上位机接收数据。控制部分是根据上位机的要求,给出适当的输出,从而达到满意的控制效果。在程序执行过程中,上下位机通信采用中断方式进行,位置信号采集采用查询方式。

喷涂手臂。经实践检验,喷涂手臂各关节能按给定速度、轨迹、状态完成特定的任务,即实现伺服控制。且本系统可作为其他工业机器人如推土机、压道机等控制系统的借鉴。

参考文献

[1] 阳向惠,魏庆福等. 现场总线技术及其应用. 清华大学出版

社, 2004

[2] 王天然,机器人. 北京:化学工业出版社, 2002

[3] 孙涵芳,徐爱卿. MCS-51/96系列单片机原理及应用. 北京

航空航天大学出版社, 1996

6 结语

系统完成后,应用于六自由度的液压关节式机械

The Design and Implementation of Robot Control System Base on CAN Bus

Su Zhongquan Liang Ximing Lu Wuyi

(Department of Information Science and Engineering,Central South University)

Abstract:This papers introduces a six-joint robot control system base on CAN bus. It introduces the point of CAN bus and

give out the hardware construction and software design of control system’s master and slave computer.

Key words: CAN Bus; Robot; One-chip Computer

作者简介:粟中权,(1980-),硕士研究生。研究方向:计算机控制技术,现场总线技术。

梁昔明,(1967-),教授,博士生导师。研究方向:最优化方法,最优控制。 鲁五一,(1957-),教授。 研究方向:智能控制,智能运输系统。

(上接第3页)

[2] 郭巍, 吴承荣, 金晓耿, 张世永. 入侵检测方法概述. 计算

机工程, 1999(特刊): 167~170

[3] 钟玮, 石永革, 李逢庆, 冯玉华. 入侵检测分析技术的现状

及IDS发展趋势探析. 江西科学, 2004(1): 47~51

[4] 张仕山, 庄镇泉, 狄晓龙. 一种基于移动智能体的网络安全

模型系统. 计算机工程与应用, 2003(14): 153~156, 176 [5] 李之棠,杨红云. 模糊入侵检测模型. 计算机工程与科学,

2000(2): 49~53

[6] 李家春, 李之棠. 神经模糊入侵检测系统的研究. 计算机工

程与应用, 2001(17): 37~38,101

[7] 于泠, 陈波, 宋如顺. 遗传算法在基于模型推理入侵检测中

的应用研究. 计算机工程与应用, 2001(13): 60~61,67 [8] 励晓健, 董隽, 黄厚宽. 基于免疫的网络入侵检测系统. 电

脑与信息技术, 2001(6): 4~6

[9] 李林海, 黄国策, 路惠明. 入侵检测方法的研究与发展趋势.

计算机安全, 2002. 10

[10] 邓少雯. 网络环境下数字图书馆的安全与防范措施. 图书

馆论坛, 2004(4): 106~108

[11] 黄志军, 赵皑, 徐红贤. 网络安全与防火墙技术. 海军工

程大学学报,2002(1): 51~53

An Overview of Intrusion-Detection Technologies

Chen Manhong

(Guangzhou University)

Abstract: Intrusion-detection is a novel technology for network security. It has powerful capacity for recognizing positively

intrusion case. This paper introduces the functional structure, classification and operational principle of intrusion-detection technologies, and discusses how to embed intrusion-detection components in an information system. The future development of intrusion-detection technologies is also expected.

Key words: Intrusion-Detection; Information System; Computer Security

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/rf71.html

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