一、机器人控制系统实时性的研究（论文文献综述）
巢惠世[1]（2021）在《工业机器人轨迹平滑过渡算法设计及实时控制系统搭建》文中提出
顾锡阳[2]（2021）在《装弹机器人控制系统研究》文中进行了进一步梳理机器人技术是各国争先发展的重点,机器人在工业上得到了广泛的应用,而其在军事领域的运用也已提上日程,在军舰上,一般依靠人力完成火炮的弹药装填,不仅工作效率低下,而且占用军舰上的人员编制,战时也存在巨大的人员伤亡风险。针对上述背景,本文在充分调研相关的国内外先进机器人发展态势的前提下,提出一套基于嵌入式技术的装弹机器人控制系统,以代替人工作业,完成火炮的弹药装填任务。本文在深入调研国内外装弹机器人相关技术的前提下,根据装弹机器人控制系统的功能需求,选择合适的装弹机器人构型,设计装弹机器人的硬件平台时,通过分析不同的驱动方式和控制系统架构的优缺点,根据任务目标选择未来的主流方案,通过对比选择最合理的软件平台。针对装弹机器人的构型使用标准D-H法则建立连杆坐标系,使用仿真软件对求解运动学方程获得的正逆解进行仿真。在关节空间对不同多项式插值的特性进行分析,通过笛卡尔空间插补弥补关节空间轨迹规划的不足之处,利用BP神经网络对电机控制进行优化,对7段S型加减速曲线进行精简后,得到5段S型曲线以减少启停阶段对关节电机的冲击。完成硬件部分模块的设计,硬件部分完成后对嵌入式系统进行软件架构的设计,将μC/OS-Ⅲ系统移植至STM32,最后采用多任务系统的设计思想完成文件系统任务、调零任务、弹体搬运任务、示教任务和监测任务的设计。
周扬[3]（2021）在《基于实时Linux系统及以太网现场总线的软运动控制平台研究》文中研究指明当前世界主要的经济体都提出了振兴制造业的战略规划,促进新一轮的产业和技术的变革。中国则提出了“中国制造2025”规划,促进先进制造业的发展。运动控制器是制造业的关键部件之一,性能优良的控制器对提升制造业水平具有重要作用。为了满足日益复杂的工艺制造需求,运动控制器必须要具有高度的开放性与易用性,以及集成各类传感器的能力。目前,国内众多厂商的运动控制器普遍存在开放性不足,性价比低,不易于集成各类传感器的问题,并且很多底层的核心技术都依赖国外厂商,缺乏自主性,这就严重限制了制造业的发展。针对这些问题,本文基于开源实时系统方案Xenomai与德国Etherlab公司的EtherCAT总线协议开源解决方案IgH EtherCAT Master,设计了一种软运动控制平台,给出了构建一个运动控制系统的完整的解决方案。本文构建的软运动控制平台,以实时Linux系统Xenomai为软件基础,以工控机为硬件运行平台,支持EtherCAT与EtherMAC两种以太网现场总线,提供了 C++接口库和平台管理工具。本文主要内容分为如下几个部分。软运动控制平台总体设计。根据对高性能软运动控制平台的需求分析,确定了软运动控制平台以工控机为硬件平台,对其各方面的参数选型做出详细分析,而后在硬件平台上以Xenomai方案构建了实时Linux操作系统,并在实时操作系统的基础上实现EtherCAT总线协议,以及本课题组设计的EtherMAC总线协议。最后在构建的这些底层软件的基础上提出软运动控制平台的软件架构。软运动控制平台功能组件设计。功能组件分为控制平台管理类接口,控制平台总线同步接口,运动控制库,IO控制库四个部分。控制平台管理类接口的功能为控制整个平台的启动和停止。控制平台总线同步接口的功能为实现用户任务与控制平台构建的总线通信线程的数据同步。运动控制库为符合PLCopen标准的接口库,本文构建了虚拟轴来对轴类设备进行抽象,详细介绍了运动控制库的构建过程。IO控制库为对本文支持的两种总线类型的IO设备的控制接口。平台管理工具设计。本文主要围绕设备扫描、参数配置、参数获取、设备试运行这几个方面,设计实现了图形化界面形式的平台管理工具。最后,本文以一个六轴工业机器人项目为例,利用本文构建的软运动控制平台实现了机器人的运动控制系统,以此来验证构建的平台的实用性。此外,本文还对该机器人应用的通信周期抖动进行了详细测试,充分验证了本文提出的控制系统方案的实时性。
刘在阳[4]（2021）在《电机驱动四足机器人控制系统与多步态控制方法研究》文中研究表明随着仿生机器人技术的不断发展,仿生机器人的的应用领域变得更加广泛,由于不同的功能需求,各式各样的仿生机器人呈现在大众面前。陆地移动机器人根据运动方式的差异,可以分为轮式移动机器人,履带式移动机器人以及足式移动机器人。相较于轮式移动机器人和履带式移动机器人,腿足机构具备很高的灵活性,因此足式机器人在自然环境下作业有着巨大的优势。目前,仿照四足哺乳动物的运动方式,大量的研究团队开展了对四足机器人的研究。其中,电机驱动四足机器人凭借其控制简单及维护方便等优势成为当今研究的热点。而要实现其不同场景下的应用,研发高性能的控制系统及实现多种步态的控制算法至关重要。为此,本论文基于开源机器人仿真软件Webots以及山东大学机器人中心自主开发的电机驱动四足机器人物理平台,对四足机器人的控制系统,多种步态控制方法进行研究分析并进行了仿真实验验证。主要内容如下:（1）单腿建模与单腿测试平台的实验验证。构建四足机器人单腿关节坐标系,计算单腿的正逆运动学及动力学,基于单腿虚拟模型实现了单腿的自由下落与连续弹跳,并通过多次实验及参数调整在单腿测试平台上验证了其可行性。（2）高频率,高实时性,高稳定性四足机器人控制系统设计与实现。本文通过软硬件相结合的方式,并遵循稳定实时且高容错性的原则,实现了控制频率达到1KHz的控制系统。硬件上选择Kontron ECX-BDW-U工控机,搭载QNX操作系统,ELMO Gold系列高性能驱动器,并通过EtherCAT总线技术实现了数据通信。软件上通过绑定内核的方式对CPU进行任务分配,使用多线程技术,包含数据记录线程,CoE邮箱线程,四足机器人控制算法线程,TCP/IP线程,实现了控制系统的高稳定和高频率特性。另外,设定驱动程序为非阻塞模式,保证了系统的实时性和稳定性。（3）基于模型预测控制计算最优足底力实现多步态控制及步态切换方法。设计步态规划器实现四足机器人的多种步态,如步行、对角小跑、四足跳跃、双足跳跃等步态。根据简化的四足机器人模型,构建机器人状态空间方程,根据期望的步态周期判断机器人当前所处相位,若为摆动相,则进行单腿摆动控制,若为支撑相,则将模型预测控制转化为二次规划问题计算最优足底力,最终实现四足机器人的多步态控制。最后,在开源动力学仿真软件Webots中,对上述方法进行了仿真实验验证。
刘建猛[5]（2021）在《基于嵌入式实时系统的移动机器人控制系统设计》文中研究指明随着社会和科学不断发展与进步,移动机器人技术正在朝着一个更加自主、智能的方向发展。如今越来越多的移动机器人技术在生活中得到应用,这给人们带来了极大地便利。移动机器人领域相当复杂,这是一个多学科交织在一起的领域。移动机器人控制系统的设计决定着移动机器人功能的好与坏,所以移动机器人控制系统的设计非常重要。本文研究移动机器人控制系统的设计,包括对移动机器人硬件结构整体设计,对传感器数据的信息融合,对基于模糊控制算法控制器的设计,和移动机器人避障运动分析、相关程序的设计。移动机器人硬件整体结构设计主要基于实验室现有的非自主式移动机器人进行改进设计,设计移动机器人整体结构,对传感器系统进行选型和位置合理地分布。本文对多种信息融合算法进行分析,研究不同信息融合算法在移动机器人领域使用的优缺点,通过对多种信息融合算法的应用场景、算法实现复杂度等优缺点分析,利用模糊控制算法设计了移动机器人控制系统的模糊控制器,提出了移动机器人遇到不同情况下障碍物的避障策略,在MATLAB仿真和实验中通过移动机器人控制系统的避障应用验证了该系统设计的有效性。在移动机器人控制系统避障应用过程中,超声波传感器和激光雷达传感器共同获取外部环境与障碍物之间的距离信息,姿态测量单元获取移动机器人的当前位姿。在实际系统运行时把各个传感器采集的环境数据进行预处理,设置相应的基于模糊控制的避障策略,然后将传感器采集数据信息输入到模糊控制器中进行数据处理,在仿真平台和实验过程中观察移动机器人在未知环境下的避障行为和响应速度,经仿真和实验分析,该控制系统满足本课题设计预期目标,从理论和实践中验证了该移动机器人控制系统的有效性。
杨帅[6]（2021）在《血管介入手术机器人除颤策略以及时延误差预测控制方法的研究》文中提出主从式血管介入手术机器人近几年成为机器人领域的研究热点。本文从透明性、安全性以及实时性三个角度对其进行了改进。首先,针对其主端操作器与从端操作器之间仅可实现位置追踪而无法实现速度追踪的问题进行了改进。为了解决这一问题,本文设计了新型控制系统,利用积分等效的思想,将动作分割成多段,然后通过对小段动作的速度进行追踪以达到速度追踪的目的,保证了血管介入手术机器人的透明性。其次,长时间高强度的血管介入手术容易导致医生手部的震颤。为了解决这一问题,本文提出了一种震颤消除策略,它对人手的震颤进行了分类,根据生理震颤的规律对生理震颤进行滤除。根据已知导管导丝与血管壁的安全接触力,使用冲量定理得到安全的速度变化率,通过对手部运动速度变化率与安全速度变化率进行比较来辨识应激震颤,并加入自锁功能保证了系统的安全性。然后,由于血管介入手术机器人为主从系统,控制逻辑本身具有迟滞性,主端设备在采集医生动作的过程中的采样间隔会成为血管介入机器人系统的时延。针对这种问题,本文提出了一种时延误差预测控制方法,使用预测模型对血管介入手术机器人系统进行前馈控制,并提出双闭环的控制结构,克服了前馈控制方法不稳定的问题。通过时延误差预测控制方法保证了血管介入手术机器人的实时性。最后,本文进行了除颤策略以及时延预测控制方法的相关实验来验证其有效性。首先,进行了对除颤策略的验证实验,平均成功率为92.85%。其次,为验证时延误差预测控制算法的效果,进行了两组主从跟踪实验,实验一模拟连续推动导丝和导管操作器进入直线血管的过程,通过NDI光学跟踪系统进行监测,实验结果为:导管操作器平均误差0.41mm,导丝操作器平均误差为0.386mm。实验二为模拟导管导丝进入复杂血管环境,即推动导管导丝运动一段距离停止,进行旋捻操作调整方向后继续运动并循环重复以上操作的过程。通过NDI光学跟踪系统进行监测,实验结果为:导管操作器平均误差为0.402mm,导丝操作器平均误差为0.36mm。综上所述,本文提出的除颤策略以及时延误差预测控制方法保证了系统的安全性,实时性以及透明性。
代文严[7]（2020）在《双足机器人的控制系统设计与实时步态检测》文中指出与传统机器人相比,双足机器人能够适应更恶劣的非结构化环境,一直都是机器人领域的研究热点。双足机器人的控制系统作为机器人的“大脑”,是其重要组成部分。针对双足机器人行走过程中对数据获取的实时性和稳定性要求,本文设计了一种分布式控制系统,并设计了检测步行状态的步态检测算法。本文的主要工作如下:首先,确定双足机器人控制系统的总体架构,设计了一种分布式、采用三层架构的控制系统,即:底层驱动层、数据处理层、任务规划层。在底层驱动层采用Ether CAT总线进行数据采集。在数据处理层采用RS232串口,完成对惯性数据的获取。在任务规划层,为了实现远程无线通讯,通过UDP协议、以无线WIFI的形式与数据处理层进行数据传输。在上位机中实现了运动数据可视化,能够直观地监控双足机器人的运动数据。其次,提出了基于四元数法和欧拉角法的大地坐标计算方法。对传感器数据进行预处理,为得到大地坐标系下的惯性数据,采用欧拉角法对坐标系进行变换;利用卡尔曼滤波对传感器数据进行降噪;使用四元数法来表示姿态变换;通过求解四元数微分方程,并对姿态角度进行更新,得到了双足机器人足部准确的三维角度信息。接着,提出了基于多层次数据融合的步态参数计算方法。主要的单足步态参数有步数、步频、步速、步长等。为了提高步数检测的准确性,提出了一种区域峰值检测的步数计算方法;将步态周期划分为支撑相和摆动相,使用了多阈值的决策层融合方法来判定支撑相;利用零速度更新算法,对步速和步长的误差进行校准,得到了更加准确的步态参数;为了更直观的观察步行状态,在MATLAB上实现了步行轨迹的再现。最后,搭建了双足机器人控制系统的实验平台,对上述工作进行了验证。开展了运动数据曲线可视化、系统延迟检测、信号失真检测以及步态数据获取等实验。实验结果表明,本文所设计的双足机器人控制系统具有低延迟、可靠性高的特点,所开发的步态检测算法能够获取准确的步态参数。
徐鹏程[8]（2020）在《工业机器人控制器实时多任务软件与感知组件研究》文中指出机器人智能作业需要融合力觉、视觉等多种传感器的数据信息,同时多核处理器和实时操作系统（RTOS）的发展,使任务组件一体化的机器人控制器系统软件成为一种面向未来的先进解决方案。本文围绕工业机器人控制器关键技术国产化及控制器系统软件自主可控的需求,系统地研究了基于开源RTOS的通用工业机器人控制器实时多任务系统软件的逻辑架构和智能接口技术的设计与实现。本文首先在综述了国内外工业机器人控制器运行平台及控制器的研究现状和需求的基础上,讨论了现代工业机器人控制器系统具备的技术特点与国产发展趋势。再从控制器系统的需求角度分析,选用了“工控机（IPC）+RTOS+工业实时以太网”的软硬件平台,分析了所选处理器与Linux+Xenomai平台的程序运行特性。随后针对控制器的软件架构,研究并引入了分布式结构与组件技术,以软PLC模块、机器人控制（RC）模块和感知接口模块为功能核心,从运行管理、核心控制和设备接口三个子系统对原先的控制器结构进行了重新设计,并给出了详细的任务间通信方案。针对多核处理器下多任务的协作要求,分析并设计了共享资源约束下“任务分组+绑核”的策略,保证了多任务同步与通信的高效性。接着就控制器对多传感器的管理问题,研究了传感器的集成模型和机器人的控制结构,详细设计了基于组件的感知接口的运行模型和工作方式。然后针对上位机监控管理软件的需求,设计并优化了运行管理子系统中实时多任务的监控管理机制与核心控制子系统中RC模块。最后,以孔轴装配应用为实例,开发了力觉和视觉传感器典型的组件任务,并对系统中所有任务进行了任务分组与绑核的策略实现,以优先级控制同一个处理器核心上不同任务的运行顺序。以埃斯顿ER4型六自由度机器人为控制对象,给出了系统集成功能测试的方案,通过实验验证了本文所设计的工业机器人实时多任务系统软件各模块功能和模块之间协作的正确性和有效性。
宋强[9]（2020）在《上肢康复外骨骼硬件控制系统的设计与优化》文中指出随着偏瘫康复应用中上肢康复外骨骼机器人的应用越来越广,保证人机交互的舒适性,减小人机交互中的对抗力逐渐成为研究的热点,如何设计满足条件的硬件控制系统平台是设计合适的机器人系统的前提。本论文主要面向上肢康复外骨骼机器人系统,进行硬件控制系统、实时性指标评价以及实时性优化相关的研究,具体包括以下三个方面:设计针对上肢外骨骼的被动、主动与阻抗力控制模式需求的硬件控制系统。首先结合了机械结构,完成了运动控制系统与交互力采集系以及关节绝对角度检测系统的需求分析与设计。针对系统中难以通过传统方式对角度进行检测的法兰耦合关节,设计了一种霍尔传感器环,结合运动控制器的关节相对运动角度实现对关节绝对角度的检测。最后进行了主控制单元的设计,通过CAN总线以及CANopen协议实现控制单元以及系统中的其他单元的实时数据交换。根据系统结构设计了一套系统软件,并通过交互力跟随实验验证了系统的功能性设计。针对控制系统需求,本文提出了基于力跟随控制下的上肢康复外骨骼机器人硬件控制系统实时性评价指标与一种基于异构控制系统的分布式主控制系统设计方法。通过系统对力变化的响应速度来对系统的实时性进行评价,并针对硬件控制系统以及软件结构的特性,通过实验以及分析得到影响系统实时性的主要环节及原因。针对不同环节使用到的硬件部分相对独立的特点,将控制系统中的任务分为高实时性任务和低实时性任务,提出了一种基于异构控制系统的分布式主控制系统设计方法。针对不同的控制模式,将对实时性要求不同的任务使用不同的微处理器进行处理,在保证系统功能性以及可扩展性的情况下对系统的硬件控制系统实时性进行了优化。并通过对优化后的系统交互力跟随实验,与优化前系统的实时性指标进行了对比验证,验证了优化方法的有效性。最后通过位置控制延迟测定实验对系统的实时性优化指标进行了量化,发现在本系统中位置控制延迟时间得到了47%的优化,并对系统各个环节在优化前后的时间消耗进行了分析,对优化方法的理论进行了进一步验证。
卢一光[10]（2020）在《基于OMAP-L138的六关节喷涂机器人控制系统研究与开发》文中指出随着工业技术不断地向自动化、智能化的方向发展,工业机器人的应用领域得到前所未有的扩展和深化,对社会生产起到了深刻的影响。喷涂机器人是最常用的工业机器人之一,能够对产品实现自动化喷涂作业。在喷涂行业中,喷涂机器人对于提升产品质量、提高生产效率、改善劳动条件等各方面都起着十分重要作用。如今,不仅大规模的公司对喷涂机器人有需求,一些有喷涂作业需求的中小型的公司也对喷涂机器人有着强烈的渴望。受限于多品种、小批量的产品特点,而且通用的示教编程方法相对复杂,中小型公司在生产中应用喷涂机器人进行作业有诸多困难。为了满足中小型企业的喷涂需求,研发一款经济高效、简单易用的喷涂机器人控制系统显得尤为重要。首先分析了喷涂机器人控制系统的功能需求,对比目前喷涂机器人控制系统主流的解决方案,提出了“PC+嵌入式控制器”的系统架构。根据实际情况进行硬件的选型和设计,采用“OMAP-L138核心板+扩展底板+端子板”的控制器设计方案,搭建了控制系统的硬件平台并设计了相关的软件方案。然后,在ARM内核中移植Linux系统,设置了ARM端的运行环境,采用C语言开发了ARM端应用程序,处理了喷涂机器人控制系统的非实时任务,实现了ARM与PC机的通信、各种机器人指令的处理和ARM与DSP通信等功能。随后,在DSP中移植DSP/BIOS实时系统,通过CCS集成开发环境开发了DSP端的程序,处理了喷涂机器人控制系统的实时任务,重点阐述了喷涂示教轨迹优化功能的开发过程,研究了轨迹预处理算法和机器人位姿优化算法。紧接着,在PC端的Windows系统平台上采用C++语言,以Visual C++、MFC作为工具,开发了一款上位机软件程序,实现了发送机器人指令和监控机器人状态的功能。最后,在实际生产现场进行了六关节喷涂机器人控制系统的测试,结果表明该机器人控制系统运行稳定,机器人喷涂取得了较好的效果,有效提高了喷涂的效率和质量,满足中小型企业的喷涂要求。目前,该系统已在喷涂企业中得到应用。
二、机器人控制系统实时性的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、机器人控制系统实时性的研究（论文提纲范文）
（2）装弹机器人控制系统研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状概述 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 未来发展趋势 |
| 1.4 研究内容及安排 |
| 2 装弹机器人控制系统方案研究 |
| 2.1 装弹机器人控制系统功能需求 |
| 2.2 装弹机器人构型 |
| 2.3 装弹机器人硬件平台方案 |
| 2.3.1 驱动方式 |
| 2.3.2 驱动电机 |
| 2.3.3 控制系统架构 |
| 2.4 装弹机器人软件平台方案 |
| 2.4.1 嵌入式系统的特征 |
| 2.4.2 常用的实时操作系统 |
| 2.5 装弹机器人控制系统构成 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 装弹机器人运动特性分析 |
| 3.1 位姿描述与齐次变换 |
| 3.1.1 位置描述 |
| 3.1.2 方位描述 |
| 3.1.3 位姿描述 |
| 3.1.4 平移坐标变换 |
| 3.1.5 旋转坐标变换 |
| 3.1.6 复合坐标变换 |
| 3.1.7 齐次坐标变换 |
| 3.2 机器人运动学分析 |
| 3.2.1 正运动学分析 |
| 3.2.2 逆运动学分析 |
| 3.3 装弹机器人运动学仿真分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 装弹机器人轨迹规划研究 |
| 4.1 关节空间的轨迹规划 |
| 4.1.1 三次多项式插值 |
| 4.1.2 五次多项式插值 |
| 4.2 笛卡尔空间插补 |
| 4.2.1 空间直线插补 |
| 4.2.2 空间圆弧插补 |
| 4.3 基于BP-PID算法的关节电机控制研究 |
| 4.3.1 建立伺服电机模型 |
| 4.3.2 BP神经网络算法设计 |
| 4.3.3 BP神经网络PID仿真 |
| 4.4 加减速控制 |
| 4.4.1 梯形加减速曲线 |
| 4.4.2 S形加减速曲线 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 装弹机器人控制系统软硬件研究 |
| 5.1 装弹机器人硬件研究 |
| 5.1.1 串口通信模块 |
| 5.1.2 传感器模块 |
| 5.1.3 RS485 通信模块 |
| 5.2 嵌入式系统软件架构 |
| 5.2.1 算法层及人机交互层 |
| 5.2.2 任务管理层 |
| 5.2.3 驱动层 |
| 5.3 嵌入式系统移植 |
| 5.3.1 移植μC/OS-Ⅲ到STM32 |
| 5.3.2 启动μC/OS-Ⅲ |
| 5.4 多任务控制软件研究 |
| 5.4.1 文件系统任务 |
| 5.4.2 调零任务 |
| 5.4.3 弹体搬运任务 |
| 5.4.4 示教任务 |
| 5.4.5 监测任务 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间研究成果 |
| 致谢 |
（3）基于实时Linux系统及以太网现场总线的软运动控制平台研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 课题关键技术研究现状 |
| 1.2.1 工业以太网技术 |
| 1.2.2 运动控制器研究现状 |
| 1.3 课题研究内容和组织结构 |
| 1.3.1 课题研究内容 |
| 1.3.2 论文组织结构 |
| 第二章 软运动控制平台总体设计 |
| 2.1 软运动控制平台功能需求分析 |
| 2.2 软运动控制平台硬件选型 |
| 2.3 实时Linux系统的构建 |
| 2.3.1 影响Linux系统实时性的因素 |
| 2.3.2 Linux系统实时化改造方案 |
| 2.3.3 Xenomai实时系统的构建 |
| 2.4 EtherCAT总线驱动的构建 |
| 2.4.1 EtherCAT协议概述 |
| 2.4.2 IgH EtherCAT Master主站介绍 |
| 2.4.3 IgH程序架构 |
| 2.4.4 IgH通信周期抖动测试 |
| 2.5 EtherMAC总线驱动总体设计 |
| 2.5.1 控制平台总线驱动架构 |
| 2.5.2 实时网卡驱动的改造 |
| 2.5.3 em＿master实时字符驱动的构建 |
| 2.5.4 EtherMAC总线驱动的构建 |
| 2.6 软运动控制平台软件架构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 软运动控制平台功能组件设计 |
| 3.1 控制平台管理接口设计 |
| 3.2 控制平台总线同步接口设计 |
| 3.3 运动控制库设计 |
| 3.3.1 运动控制接口设计 |
| 3.3.2 虚拟轴的构建 |
| 3.3.3 单轴控制接口的构建 |
| 3.3.4 多轴控制接口的构建 |
| 3.4 IO控制库的构建 |
| 3.4.1 虚拟IO的构建 |
| 3.4.2 IO设备信息记录文件的设计 |
| 3.4.3 IO设备控制接口设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 平台管理工具设计 |
| 4.1 平台管理工具功能分析 |
| 4.2 平台管理工具实现 |
| 4.2.1 平台管理工具状态机设计 |
| 4.2.2 平台管理工具功能实现 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 软运动控制平台的功能验证 |
| 5.1 实验平台搭建 |
| 5.1.1 实验平台硬件 |
| 5.1.2 实验平台软件环境搭建 |
| 5.2 机器人运动控制系统的构建 |
| 5.2.1 功能设计 |
| 5.2.2 软件架构 |
| 5.3 运动控制系统实时性测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）电机驱动四足机器人控制系统与多步态控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文选题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 国外四足机器人发展现状 |
| 1.2.2 国内四足机器人发展现状 |
| 1.3 电机驱动四足机器人控制系统和步态控制研究现状 |
| 1.3.1 控制系统研究现状 |
| 1.3.2 步态控制方法研究现状 |
| 1.4 本文的研究内容及章节安排 |
| 第二章 电机驱动单腿测试平台建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电机驱动单腿测试平台 |
| 2.3 运动学模型 |
| 2.4 单腿动力学模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 电机驱动四足机器人控制系统集成 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 工控机的选型 |
| 3.3 电机驱动器 |
| 3.3.1 电机驱动器和编码器选型 |
| 3.3.2 电机调试 |
| 3.4 分布式实时操作系统 |
| 3.5 以太网控制自动化技术 |
| 3.6 整体控制系统 |
| 3.6.1 硬件架构设计 |
| 3.6.2 软件架构设计 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 四足机器人多步态控制方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电机驱动四足机器人平台运动学建模 |
| 4.3 四足机器人步态规划 |
| 4.3.1 步行步态 |
| 4.3.2 四足跳跃步态 |
| 4.3.3 对角小跑步态 |
| 4.3.4 双足跳跃步态 |
| 4.4 四足机器人多步态控制方法 |
| 4.4.1 质心动力学 |
| 4.4.2 模型预测控制 |
| 4.4.3 腿部控制器 |
| 4.4.4 多步态控制算法框架 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 机器人实验研究与验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 单腿测试平台实验研究 |
| 5.2.1 自由下落连续弹跳实验 |
| 5.2.2 站立弹跳再站立实验 |
| 5.3 四足机器人控制系统验证实验 |
| 5.3.1 定时器实验 |
| 5.3.2 给定正弦曲线跟踪实验 |
| 5.4 四足机器人多步态仿真实验 |
| 5.4.1 步行步态实验 |
| 5.4.2 四足跳跃步态实验 |
| 5.4.3 对角小跑步态实验 |
| 5.4.4 具有腾空相对角小跑步态实验 |
| 5.4.5 双足跳跃步态实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的学术成果 |
| 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）基于嵌入式实时系统的移动机器人控制系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 国内外移动机器人的研究现状 |
| 1.2.2 多传感器信息融合技术国内外研究现状 |
| 1.2.3 嵌入式实时系统国内外研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容和结构安排 |
| 2 移动机器人控制系统方案设计 |
| 2.1 移动机器人的体系结构 |
| 2.1.1 机器人系统的整体结构 |
| 2.1.2 移动机器人控制系统微处理器 |
| 2.1.3 电源模块 |
| 2.1.4 电机驱动模块 |
| 2.2 移动机器人运动学模型 |
| 2.3 移动机器人的传感器系统 |
| 2.3.1 超声波传感器及数据预处理 |
| 2.3.2 激光雷达传感器及其预处理 |
| 2.3.3 惯性测量单元及数据预处理 |
| 2.4 移动机器人传感器分布 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于模糊逻辑控制算法的系统设计 |
| 3.1 模糊控制算法的基本原理 |
| 3.2 基于模糊控制的避障策略 |
| 3.2.1 移动机器人正前方遇到障碍物避障 |
| 3.2.2 移动机器人侧面遇到单个障碍物避障 |
| 3.2.3 移动机器人前方遇到多个障碍物避障 |
| 3.3 模糊控制器的设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 μC/OS-Ⅱ操作系统的移植和应用程序设计 |
| 4.1 μC/OS-Ⅱ体系结构 |
| 4.2 μC/OS-Ⅱ在 STM32F407VGT6 上的移植 |
| 4.3 应用程序设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 系统仿真与实验测试分析 |
| 5.1 MATLAB仿真分析 |
| 5.2 实验测试分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（6）血管介入手术机器人除颤策略以及时延误差预测控制方法的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 血管介入手术机器人国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 现阶段研究存在的主要问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 血管介入手术机器人控制系统 |
| 2.1 血管介入手术机器人系统概述 |
| 2.2 主端控制系统 |
| 2.2.1 主端操作器的主要硬件构成 |
| 2.2.2 主端操作器控制系统 |
| 2.3 从端操作器控制系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 血管介入手术机器人除颤策略 |
| 3.1 震颤的分类 |
| 3.2 生理震颤的滤除 |
| 3.2.1 生理震颤的识别 |
| 3.2.2 生理震颤的滤除 |
| 3.3 应激震颤的滤除 |
| 3.3.1 应激震颤的识别 |
| 3.3.2 应激震颤的滤除 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 时延误差预测控制方法的设计 |
| 4.1 时延误差的分析 |
| 4.2 时延误差预测控制方法的设计 |
| 4.2.1 预测模型的建立 |
| 4.2.2 模型预测与反馈校正 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 实验与分析 |
| 5.1 除颤策略实验 |
| 5.1.1 除颤策略实验平台 |
| 5.1.2 生理震颤除颤策略实验结果及分析 |
| 5.1.3 应激震颤除颤策略实验结果及分析 |
| 5.2 时延误差预测控制方法实验 |
| 5.2.1 时延误差预测控制方法实验平台 |
| 5.2.2 时延误差预测控制方法时延结果及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间取得的科研成果和科研情况说明 |
| 致谢 |
（7）双足机器人的控制系统设计与实时步态检测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状与分析 |
| 1.3 本文主要的工作与结构 |
| 第二章 双足机器人控制系统的搭建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 总体架构 |
| 2.3 基于EtherCAT总线的数据采集 |
| 2.4 基于Matlab/Simulink的实时数据传输 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 姿态获取与传感器数据预处理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 空间位置与姿态角解算 |
| 3.3 四元数表示法 |
| 3.4 基于数字滤波器的传感器数据降噪 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 多层次数据融合的步态参数计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单足步态参数获取 |
| 4.3 步态周期检测 |
| 4.4 步行轨迹再现 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 实验测试与分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 双足机器人控制系统实验平台搭建 |
| 5.3 系统性能测试 |
| 5.4 步态检测实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（8）工业机器人控制器实时多任务软件与感知组件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 工业机器人控制器关键技术研究现状 |
| 1.2.1 控制器系统运行平台 |
| 1.2.2 国内外机器人控制器研究现状 |
| 1.2.3 控制器感知功能接口技术 |
| 1.2.4 实时操作系统多核处理器编程技术 |
| 1.3 已有工作基础与论文主要研究内容 |
| 1.4 论文组织架构 |
| 第二章 需求分析与系统平台选型 |
| 2.1 机器人控制器系统需求分析 |
| 2.1.1 系统功能需求 |
| 2.1.2 组件技术 |
| 2.1.3 控制器实时性分析 |
| 2.2 控制器运行平台选型 |
| 2.2.1 控制器系统硬件框架 |
| 2.2.2 处理器选型 |
| 2.2.3 操作系统选型 |
| 2.3 实时操作系统平台任务调度模型分析 |
| 2.3.1 Linux+Xenomai任务运行模型 |
| 2.3.2 任务运行模型可能导致的问题 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 控制器实时系统软件设计与多任务协作研究 |
| 3.1 机器人控制软件架构研究 |
| 3.2 机器人控制器实时多任务系统软件设计 |
| 3.2.1 控制器系统软件架构设计 |
| 3.2.2 运行管理子系统 |
| 3.2.3 核心控制子系统 |
| 3.2.4 设备接口子系统 |
| 3.3 实时多任务通信方案设计 |
| 3.3.1 核心控制子系统内部通信设计 |
| 3.3.2 设备接口与核心控制子系统通信设计 |
| 3.4 实时多任务多核处理器分配方式研究 |
| 3.4.1 任务分组 |
| 3.4.2 共享资源约束下的任务相关度 |
| 3.4.3 处理器核的选择策略 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 控制器组件式智能感知接口设计与管理 |
| 4.1 智能感知接口模块架构设计 |
| 4.1.1 多传感器集成融合模型研究 |
| 4.1.2 组件式智能感知接口模块架构设计 |
| 4.2 机器人异构多传感器控制结构设计 |
| 4.2.1 机器人控制结构研究 |
| 4.2.2 基于智能感知接口的控制结构设计 |
| 4.3 智能感知接口运行管理机制设计 |
| 4.3.1 感知接口模块运行模型 |
| 4.3.2 感知组件状态转换 |
| 4.3.3 运行管理任务设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 机器人系统智能作业功能开发与完善 |
| 5.1 控制器实时多任务软件改进与完善 |
| 5.1.1 实时多任务监控管理机制设计与实现 |
| 5.1.2 机器人控制模块改进与完善 |
| 5.2 智能感知组件典型任务模块开发 |
| 5.2.1 六维力传感器 |
| 5.2.2 视觉传感器 |
| 5.2.3 面向孔轴装配作业的控制系统设计 |
| 5.3 多任务绑核调度策略实现 |
| 5.3.1 多任务分组绑定 |
| 5.3.2 任务组优先级分配 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 系统功能验证与集成实验 |
| 6.1 系统测试方案设计 |
| 6.2 控制器模块功能测试 |
| 6.2.1 控制器系统软件静态测试 |
| 6.2.2 实时多任务管理监控功能测试 |
| 6.2.3 感知接口功能测试 |
| 6.3 控制器集成功能测试 |
| 6.3.1 拖拽功能测试 |
| 6.3.2 孔轴装配应用开发与测试 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果 |
（9）上肢康复外骨骼硬件控制系统的设计与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究历史与现状 |
| 1.2.1 上肢康复外骨骼机器人 |
| 1.2.2 外骨骼相关机器人控制系统设计分类 |
| 1.3 本文的主要贡献与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 上肢康复外骨骼的控制策略以及硬件控制系统需求 |
| 2.1 偏瘫病人的康复阶段 |
| 2.2 偏瘫康复训练的主要方法与训练模式 |
| 2.3 运动控制策略 |
| 2.3.1 直接位置控制 |
| 2.3.2 阻抗力控制 |
| 2.4 机器人自身重力的补偿 |
| 2.5 辅助康复训练模式 |
| 2.5.1 被动训练模式 |
| 2.5.2 主动训练模式和抗阻训练模式 |
| 2.6 控制系统最大运动速度的测定 |
| 2.7 控制系统硬件需求分析 |
| 2.7.1 直接位置控制模式的硬件需求 |
| 2.7.2 阻抗力控制模式的硬件需求 |
| 2.7.3 综合硬件需求 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 上肢康复外骨骼硬件控制系统设计 |
| 3.1 机械结构设计介绍 |
| 3.2 电机选型 |
| 3.3 控制系统总体设计方案 |
| 3.4 运动控制系统设计 |
| 3.4.1 永磁同步电机运动控制系统 |
| 3.4.2 直流电机运动控制系统 |
| 3.4.3 增量编码器接口电路设计 |
| 3.4.4 运动控制器基板设计 |
| 3.5 内部通讯系统设计 |
| 3.5.1 CANopen通讯协议 |
| 3.5.2 CANopen节点配置 |
| 3.5.3 CANopen节点号分配 |
| 3.6 交互力采集系统设计 |
| 3.6.1 交互力传感器的位置 |
| 3.6.2 交互力传感器的选型 |
| 3.7 绝对角度检测系统设计 |
| 3.7.1 角度传感器在机器人上的分布 |
| 3.7.2 霍尔角度传感器系统设计 |
| 3.7.3 磁编码器系统设计 |
| 3.8 主控制单元设计 |
| 3.9 系统整体供电设计 |
| 3.10 软件系统设计 |
| 3.11 系统原型验证 |
| 3.12 本章小结 |
| 第四章 上肢康复外骨骼控制系统的实时性优化及验证 |
| 4.1 外骨骼控制系统分析 |
| 4.1.1 控制系统的实时性问题 |
| 4.1.2 控制系统实时性的分析 |
| 4.1.3 控制系统的实时性评价指标 |
| 4.1.4 控制系统任务环节 |
| 4.2 使用多核异构理论对控制系统进行优化 |
| 4.3 多核异构系统方案设计 |
| 4.3.1 使用多处理器设计控制系统 |
| 4.3.2 优化与运动控制器的信息交互 |
| 4.3.3 任务分配与调度 |
| 4.3.4 异构系统中程序的设计 |
| 4.4 控制系统实时性测试结果及其分析 |
| 4.4.1交互力跟随控制实验 |
| 4.4.2 位置控制延迟测定试验 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（10）基于OMAP-L138的六关节喷涂机器人控制系统研究与开发（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 喷涂机器人发展现状及趋势 |
| 1.3 机器人控制系统的发展 |
| 1.3.1 机器人控制系统的分类 |
| 1.3.2 机器人控制系统的现状及特点 |
| 1.3.3 机器人控制系统的发展趋势 |
| 1.4 课题主要研究内容 |
| 第二章 喷涂机器人控制系统总体方案设计 |
| 2.1 控制系统的功能需求分析 |
| 2.2 控制系统的方案设计 |
| 2.3 硬件平台的选型和设计 |
| 2.4 控制系统软件方案设计 |
| 2.4.1 ARM端软件设计方案 |
| 2.4.2 DSP端软件设计方案 |
| 2.4.3 上位机软件设计方案 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 ARM端的程序设计 |
| 3.1 ARM端运行环境的搭建 |
| 3.1.1 烧录系统 |
| 3.1.2 程序自启动 |
| 3.2 上位机通信线程 |
| 3.2.1 TCP/IP协议的简介 |
| 3.2.2 通信数据的结构 |
| 3.2.3 ARM端与上位机通信模块的设计 |
| 3.3 指令处理线程 |
| 3.4 双核通信线程 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 DSP端程序设计 |
| 4.1 DSP的软件整体框架 |
| 4.1.1 DSP软件开发环境 |
| 4.1.2 DSP/BIOS线程机制及相关配置 |
| 4.1.3 DSP软件结构 |
| 4.2 轨迹预处理模块 |
| 4.3 轨迹位姿优化模块 |
| 4.3.1 位置曲线的构造和插补 |
| 4.3.2 姿态曲线的构造和插补 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 上位机软件设计 |
| 5.1 上位机软件的设计方案 |
| 5.2 主要功能模块设计 |
| 5.2.1 喷涂示教 |
| 5.2.2 再现运行 |
| 5.2.3 程序管理 |
| 5.3 系统设置与状态显示模块设计 |
| 5.3.1 手动运行 |
| 5.3.2 输入输出 |
| 5.3.3 高级设置 |
| 5.4 辅助功能模块设计 |
| 5.4.1 网络链接 |
| 5.4.2 系统日志 |
| 5.4.3 系统报警 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 机器人控制系统的测试与运行 |
| 6.1 测试方案 |
| 6.2 喷涂机器人控制系统测试 |
| 6.2.1 设置功能测试 |
| 6.2.2 主要功能测试 |
| 6.3 测试结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文 |
| 致谢 |
四、机器人控制系统实时性的研究（论文参考文献）
- [1]工业机器人轨迹平滑过渡算法设计及实时控制系统搭建[D]. 巢惠世. 辽宁科技大学, 2021
- [2]装弹机器人控制系统研究[D]. 顾锡阳. 常州大学, 2021(01)
- [3]基于实时Linux系统及以太网现场总线的软运动控制平台研究[D]. 周扬. 山东大学, 2021(12)
- [4]电机驱动四足机器人控制系统与多步态控制方法研究[D]. 刘在阳. 山东大学, 2021(12)
- [5]基于嵌入式实时系统的移动机器人控制系统设计[D]. 刘建猛. 西南科技大学, 2021(08)
- [6]血管介入手术机器人除颤策略以及时延误差预测控制方法的研究[D]. 杨帅. 天津理工大学, 2021(08)
- [7]双足机器人的控制系统设计与实时步态检测[D]. 代文严. 华中科技大学, 2020
- [8]工业机器人控制器实时多任务软件与感知组件研究[D]. 徐鹏程. 东南大学, 2020(01)
- [9]上肢康复外骨骼硬件控制系统的设计与优化[D]. 宋强. 电子科技大学, 2020(07)
- [10]基于OMAP-L138的六关节喷涂机器人控制系统研究与开发[D]. 卢一光. 广东工业大学, 2020(06)