基于单片机接口板的五轴机床数控系统开发分析.docxVIP

本科生毕业论文2016年 6月 10日毕业论文任务书题目：基于单片机接口板的五轴机床数控系统开发一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）虽然目前市场有已有成熟的中低成本五轴数控机床，例如基于Mach3数控软件和USB接口板（主频260MHz）的多轴控制系统，但是这类系统对于机器人爱好者来说仍然相对昂贵，更重要的是这类系统比较封闭，难以进行二次开发，特别是无法加入机器人逆解算法，也难以进行传感器集成。另一方面，基于LinuxCNC开源数控系统和并口板卡的方案成本低廉，开放性好，但是需要采用具备PCI插槽的工控机，配置麻烦而且体积过大。因此有必要研究容易与笔记本电脑或者无风扇微型工控机集成的低成本数控系统。当前，采用Arduino板卡进行小型机器人控制在机器人爱好者中成为热点。为了更好地培养本科生的机器人控制系统开发思维，故提出采用Arduino板卡作为接口板卡实现多自由度机器人（或机床）控制系统开发。现有的工作基础是：2014届本科毕业设计“仿人机器人头部控制系统开发”中完成了多自由度机器人头部控制，通过Arduino板卡实现了电机正反转、步进电机位置控制等实验，但运动平滑性还有问题。研究条件：桌面型五轴机床本体、Arduino板卡、相应的步进电机和驱动器、工控机、V-Rep软件。工作目的：训练学生利用现有的低端控制卡资源，探索和熟悉低端机器人控制系统开发，开拓一条训练机械专业本科生控制系统开发能力的有益途径。具体来说，训练学生熟练应用以太网通信编程进行工控数据交换，训练学生进行V-Rep离线编程软件中的机床本体建模和运动轨迹编程。基本要求：要求初步掌握较新的机器人控制系统开发技术，掌握步进电机及驱动板的工作原理。二、参考文献Campbell RAA, OpenStage: A low-cost motorized microscope stage with sub-micron positioning accuracy, y. PLoS ONE 9(2): e88977. doi:10.1371/journal.pone.0088977Freese M, Virtual Robot Experimentation Platform V-REP: A Versatile 3D Robot Simulator[DB/OL], www.v-rep.euIerusalimschy R, Chapter 3: The C Application Program Interface, in Lua 5.1 Reference Manual [DB/OL], /manual/5.1/manual.htmlArduino网站[DB/OL], http://www.Arduino.ccWheat D, Arduino Internals, Apress, 2011.Schmidt M, Arduino – A quick start guide [M]. The Pragmatic Bookshelf Press, 2011.The Reprap Project [DB/OL], /projects/reprap/files/Arduino Firmware/v1.3Mariamole集成开发环境开源项目[DB/OL], /projects/mariamole/Warren J D, Adams J, Molle H, Arduino Robotics [M]. Technology in Action Press, 2010.McCauley M. The Online Document of AccelStepper Library for Arduino, [DB/OL] /teensy/td_libs_AccelStepper.html.au/mikem/arduino/AccelStepper/Igoe T, Chapter 11: Protocols Revisited, in Making Things Talk, 2nd Edition, O’Reilly Press, 2011三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。）1. 研究内容研究基于Arduino接口板卡的机器人实时控制系统开发相关问题，包括(1) 研究V-Rep软件与Arduino板卡之间的以太网通信程序开发；(2) 进行以太网通信协议的优选，对比 Modbus TCP、 RESTduino、LuaSocket等协议，以及研究自定义二进制通信协议；(3) 研究在Arduino中实现多台步进电机脉冲同步的算法；2. 主要指标与技术参数(1) 在V-Rep软件中建立五轴