Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发

Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发

一、Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发(论文文献综述)

周扬[1](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》文中研究表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。

徐鹏程[2](2020)在《工业机器人控制器实时多任务软件与感知组件研究》文中认为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。

朱艳军[3](2020)在《基于安卓系统的机器人开放式运动控制平台研究》文中研究表明未来工业机器人将向着智能网络化发展,即机器人能通过感知外界环境作出决策,并建立现代通信网络与人类网络实现即时通讯,将机器人网络与人类网络通过网络融合,实现人机共融的人机生态。近几年,Android系统的蓬勃发展使其越来越广泛使用并为人们所熟悉。其次,Android本身的开源特性、快速升级和不断增加对外设接口与传感器功能(如加速度传感器、距离传感器等)的支持,使其便于扩展机器人功能。第三,Android系统的分层设计理念、开放式体系结构便于对机器人进行网络管理和调整、功能二次开发与维护。基于上述理由,该课题采用模块化的编程思想,针对工业机器人设计出了基于Android系统的开放式运动控制软件平台。首先,分析工业机器人控制平台的常用功能需求(轨迹规划、通信功能等),并结合Android系统特点与未来机器人发展方向对控制平台进行了功能补充(传感器支持、人机交互等),并给出了平台总体设计方案。其次,由于传统Android系统实时性不强,对未来实时Android结构体系进行了预测,实现了适应未来多种Android内核的机器人实时多任务模块,并在底层内核为多任务调度提供了改进的LLF调度算法的实现方法,以更好地应用于实时多任务模块。然后,详细实现了控制平台的运动相关模块,包括在Android JNI层利用POSIX多线程、互斥锁和条件变量、Java反射机制等技术实现了加减速规划、多轴同步、反馈调节、轨迹插补等运动控制算法,并在应用层为模块的使用提供了运动控制相关的接口。此外,从Android系统整体结构分析了建立机器人开放式软件平台的方法,将平台功能以模块形式实现,并生成易于扩展使用的JAR开发包,分析了简单应用在APP Inventor中的可视化编程,为用户编程设计了包含机器人参数配置界面与功能测试的辅助开发APP,用户APP设计过程中可通过Shared Preference存储机制从辅助APP获取配置参数。最后,给出了一种Android机器人控制设备实例,以带反馈编码器的伺服电机与步进电机控制为例,验证了开放式软件平台具有良好的开放性与控制效果。

高鹏[4](2020)在《基于LinuxCNC的非标刀具磨床数控系统研究》文中认为超声刀具是蜂窝芯材料超声切削加工系统中的关键因素,其制造精度直接影响超声切削加工质量与效率。超声刀具制造过程中的刃磨工艺是影响刀具质量的关键环节,目前国内超声刀具的制造工艺尚不成熟,主要依赖昂贵的进口刀具,这种现状严重制约着我国蜂窝芯材料超声切削加工技术的发展。由于超声刀具结构形面复杂的特殊性,导致无法在传统手工工具磨床进行精准磨削,而现有普通数控刀具磨床的数控系统主要针对市面上主流的标准刀具刃形定向设计,不适用于超声非标刀具的数控刃磨。因此,迫切需要开展超声非标刀具的磨床数控系统研究,提升国内非标复杂刃面数控磨削技术的水平,进而推动新型切削加工方法以及配套切削刀具的研究与发展。论文主要工作内容如下:1.非标刀具磨床数控系统方案设计。根据现有刀具磨床数控系统的调研,基于开放式全软件数控系统的控制理念,以及对超声非标刀具刃面磨削需求特点的分析,提出了Linux CNC数控软件+Ether CAT运动控制卡的新型刀具磨床数控系统控制方案。2.超声非标刀具磨削姿态建模及轨迹规划研究。分析了超声刀具磨削型面成型原理,建立了碗型砂轮端面磨削几何模型,并结合匕首刀和圆盘刀的刃面特点及关键几何参数,进行了匕首刀和圆盘刀磨削姿态建模及轨迹规划研究。3.集成图形参数化编程功能的磨削数控系统开发。基于Linux CNC开发平台,根据超声非标刀具的磨削姿态及轨迹,实现了超声刀具轨迹规划功能;对硬件抽象层HAL进行了针对性的文件配置,完成硬件系统和软件系统的连接;利用Py Qt和Linux CNC构建了人机交互界面,实现了全新的图形参数化编程的人机交互形式;形成了一套开放的、可扩展的且操作简单、方便的超声刀具磨床数控软件。最后以匕首刀为例进行了磨削实验,验证了数控系统参数化编程以及刀具磨削姿态建模及轨迹规划的正确性。

马佳航[5](2019)在《基于LinuxCNC和EtherCAT的不锈钢衬底抛光机控制系统的研制》文中研究表明近年来,柔性薄膜太阳能电池由于相对传统太阳能电池在质量、可弯曲度以及制造成本等方面更具优势在国际上发展迅猛,已经形成了大规模生产。而在柔性衬底当中,以不锈钢金属薄片为最佳选择。因此,在未来太阳能电池制造业领域当中,研发适用于不锈钢衬底抛光的自动抛光机是重中之重。电化学机械复合抛光自动抛光机能够以较高的加工精度和效率抛光不锈钢衬底,但是传统的控制系统由于不开源且使用专用硬件的原因,用户使用不便且成本较高,难以降低柔性不锈钢衬底薄膜太阳能电池的制造成本。基于此,本论文旨在开发一套低成本、开源、具备良好的灵活性和可拓展性的抛光控制系统。本文采用基于纯软件的控制系统的架构,提出了一种基于软主站开源IGH EtherCAT Master for Linux和LinuxCNC的开放式抛光控制系统。集成开源EtherCAT主站与LinuxCNC,并开发了简洁明了、功能完善的图形用户界面。基于此,论文的主要研究内容和工作如下:1.根据电化学复合抛光系统的需求,提出了一种基于开源软主站IGH EtherCAT Master for Linux与LinuxCNC融合的电化学复合抛光系统,该系统EtherCAT主站采用纯软件的主站,大大降低了系统的成本。2.实现了Linux操作平台下的EtherCAT主从站系统和LinuxCNC软件通信交互。开发了用于EtherCAT主站与LinuxCNC软件之间进行通讯的硬件抽象层模块和用于LinuxCNC软件控制开关量信号的硬件抽象层配置文件,使得LinuxCNC系统的CAM功能可以无缝用于复合抛光系统,从而实现控制抛光轨迹生成与实现。3.开发抛光机控制系统图形用户界面。基于LinuxCNC开放式数控内核和Python语言以及GTK+图形库,开发了简洁的图形用户界面,该界面能够在Linux操作系统中运行,并用PyVCP开发语言设计并实现了虚拟控制面板。4.搭建复合抛光测试系统,分别对控制系统的功能、实时性以及复合抛光性能进行了测试。通过计算发现主站发送报文到从站接收报文的整体平均传输时间约为47.7us,能够满足工业自动化设备对实时性的需求。经过抛光实验,该系统复合抛光20分钟柔性不锈钢衬底的表面粗糙度Ra降低至40nm左右,因此该系统能够控制电化学机械复合抛光机进行不锈钢衬底的抛光且抛光效果良好。

武琦琦[6](2019)在《基于阻抗控制的机械臂主动柔顺操作研究》文中进行了进一步梳理随着研究的深入,机器人已经逐渐能够替代人类完成各种各样的任务。目前机器人的研究方向众多,其中机器人与环境之间的交互力特性和交互力的控制策略是目前研究的热点,在很多领域和场景都可以看到柔顺力控制的应用。为了解决上述关于机器人与外界接触过程中柔顺力控制的问题,本文主要使用阻抗控制理论来实现对SCARA机械臂主动柔顺控制的研究,分别从仿真和实现两个方面实现了机器人与环境交互时的柔顺特性,并通过变参数阻抗控制进行恒力控制的研究。在仿真方面,本文首先推导了SCARA机器人的基本运动学、几何雅克比矩阵等,以此得到实体机器人的基本运动特性,同时使用了较为新颖的Simscape Multibody联合Robotics System Toolbox工具箱进行机器人的动力学仿真,说明了该方法相较于传统Adams仿真的优势,并使用该动力学模型搭建了任务空间的逆动力学位置控制器。随后本文给出了基于力矩的阻抗控制和基于位置的阻抗控制的理论推导和仿真实现,并由此证明了两种阻抗控制器的控制效果在特定情况下是等效的,即当位置控制器精度足够高时,可以直接使用位置控制内环实现阻抗控制。其次论文还给出两种通过调整阻抗控制参数以实现恒力控制的方法,并给出了变阻抗控制在接触环境和自由状态时的稳定性条件。在实现方面,本文首先使用固高运动控制卡的位置控制实现机器人的基本运动,将电机运动转化为机器人的关节角度,同时使用软件补偿解决电机轴的间隙。然后通过六维力传感器或者虚拟力获得外界对机器人的作用力,并介绍了针对一般情况下末端执行器的重力补偿。随后根据板卡控制的特点,简化并实现了关节阻抗控制和笛卡尔阻抗控制。实验中,为了检测数据和机器人运行时的状态,使用TCP/IP通信建立服务器和客户端的连接,将运行在SCARA机器人客户端程序中的状态信息转发给服务器,并且使用HelixToolKit工具包构建了一个3D图形程序以监测机器人的运行情况。最后基于以上搭建的SCARA机器人样机平台进行了关节阻抗控制、笛卡尔阻抗控制和力控制的实验,实验结果验证了阻抗控制及其相关算法的合理性。综上,本文尝试通过仿真和实验构建一套通用的机器人的阻抗控制柔顺特性和力控制的控制平台,所取得的结果对于后续实现稳定的高精度的机器人柔顺力控制平台具有重要的理论和实际意义。

张宇[7](2017)在《小型加工中心控制系统设计》文中研究表明加工中心是对所有加载了换刀装置的数控机床的统称。与普通数控机床相比,加工中心除了能够完成削、铣、钻、攻丝等基本工艺外,还能实现自动换刀,功能齐全,效率很高。但加工中心通常体积很大,大多只为大型机械加工企业所用,为了使加工中心能够有更大的受众群体,本课题从软件硬件两方面着手设计小型化的加工中心控制系统。本文首先介绍了国内外数控技术的研究现状和发展趋势,对小型加工中心的用户市场需求和技术需求进行了分析,然后通过对比研究市场已有的控制方案,结合用户需求和当前技术条件提出了一种新的小型加工中心控制系统设计方案:工控PC机通过控制系统软件LinuxCNC+多轴运动控制卡的方式控制机床运动。LinuxCNC基于Linux平台设计,是一款功能十分强大的控制系统软件。Linux CNC是个模块化软件,主要由控制模块和管理模块两部分构成。控制模块主要负责对用户输入的加工程序进行相关运动学处理,包括加工代码解析、插补运算、刀具补偿等,该模块由任务调度控制器、运动控制器和I/O控制器三个子模块组成,课题从功能和源码结构上对这三个子模块的工作机制进行了研究,并通过修改源码实现了新的功能设计。管理模块由配置文件和图形用户界面组成,负责接收用户的指令并将指令传递给控制模块,同时将机床反馈的故障报错和状态信息提交给用户处理。课题针对具体硬件进行了配置文件的设置,并在充分了解用户需求后设计了更人性化的操作界面。控制系统硬件电路设计时,课题首先在对比了几种LinuxCNC提供的HAL层驱动模块功能后,选择了PCI总线驱动Hostmot2和串行接口驱动mb2hal为硬件接口驱动,然后设计了多轴运动控制卡,最后通过配置系统文件完成软件对机床进给轴和主轴的控制。最后,课题介绍了测试平台的搭建,并在对系统软硬件各部分性能进行测试后,进行控制系统的整体功能验证,验证结果表明设计的小型加工中心实际加工能力达到要求,并且有良好的实际加工效果。

邓黎明,赵现朝,齐臣坤,高峰[8](2014)在《开放式步行机器人实时控制系统研究》文中指出步行机器人对控制系统的实时性、扩展性和通用性提出了较高的要求,控制系统的架构设计至关重要,本文设计和开发了基于Linux RTAI的步行机器人实时运动控制系统。该系统采用基于PC+运动控制卡的结构,即PC+PMAC结构。PMAC运动控制卡具有强大的伺服控制功能,可支持不同厂家的驱动器,具有良好的通用性和扩展性。系统软件采用模块化设计方法,利用标准的C++进行开发,运行Linux RTAI实时操作系统。通过对PMAC驱动的实时改造,使得PC与PMAC的实时通信成为可能,允许PC执行复杂的控制算法,提高了对复杂对象的控制能力。本文还给出了步行机器人软件架构和程序实现机制,根据需要可方便进行扩展。

杨佑平[9](2014)在《面向激光标刻应用的运动控制卡驱动程序及API函数库的开发》文中指出随着激光加工技术的日益成熟,以及高性能、高性价比、小型化激光器的面世,激光打标系统正在向便携式、微型化、低功耗、分体式、高性价比的方向发展。近年来,由于平板电脑推广应用,基于Linux框架的平板电脑将成为工业控制系统的主机首选设备;基于USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口的运动控制卡具有使用方便、支持热插拔、通用性强的特点,结合Linux平板主机,利用USB控制卡,开发便携式的微型激光打标系统已成为业界的研究热点。CBIB-USB(Center for Biomedical Imaging and Bio-informatics-USB)运动控制卡是一款基于USB接口的运动控制设备,提供了2路16位DA(Digital to Analog),2路12位DA,16位串口数据输入、16位串口数据输出等功能。为使该运动控制卡能在Linux环境下实现激光标刻的功能,开发了该设备的USB接口芯片CY7C68013的固件程序和设备驱动程序;封装了五类共17个函数的API(Application Programming Interface)函数库。在Linux环境下,激光打标应用程序可以调用该函数库完成设备管理、打标数据的传输、振镜及激光器的控制等功能。为了测试所开发的设备驱动程序和API函数库的功能,设计并开发了一套基于界面操作的测试软件。通过联机打标测试,实验结果表明CBIB-USB运动控制卡在Linux环境下具有工作稳定、实时性好、数据传输安全可控等特性,并可对激光设备的工作状态进行全方位控制,满足Linux环境下激光标刻的工作要求。

王兴飞[10](2014)在《开放型运动控制卡与HMI的通讯研究》文中研究表明随着我国工业化进程的加快,工业自动化一直为研究的热点。相对于早期的专用控制系统来说,开放型运动控制器逐渐成为工业自动化的核心研究领域。伴随国外开放型控制器的发展,国内运动控制器技术也得到了相应提高,出现了多种类型控制系统的解决方案。在人机交互以及运动控制过程中,数据的传递与处理是贯穿系统的主线。对于复杂的控制系统来说,数据交换频繁,而且数据种类繁多、数据量相对较大。大多数控制卡对于数据的传输只靠单一通道实现,然而对于高效的控制系统来说,显然不是最优的解决方案。本文针对以上问题,分析了国内外开放型运动控制卡的发展现状,以及其通讯方式的实现方案,在DSP+FPGA架构组成的开放型运动控制卡基础上,提出了运动控制卡与HMI的多路通讯实现方案,从一定程度上优化了控制系统中数据的传递过程,丰富了通讯接口。并对控制卡通讯的总体方案、数据的打包与传递过程以及PCI驱动软件的设计和实现进行了详细的讨论。本文的研究工作主要包括:首先,对开放型运动控制卡与HMI通讯的总体方案进行探讨,确定了基于双口RAM和FIFO通道的多通道PCI通讯机制,以及基于Modbus串行通讯的触摸屏扩展通讯方案。同时,介绍了控制卡核心部件的选型。其次,根据设计要求深入探讨了控制卡在Windows平台下PCI总线驱动程序的实现,以及数据在应用软件层、驱动层和控制卡底层DSP中的传递、处理过程,并以控制过程中回零过程作为具体实例介绍了以上实现过程。然后,通过对Modbus串行链路通讯的研究,讨论了触摸屏通讯过程中报文功能码和地址的规划、控制卡从站协议以及可变波特率的实现。最后,建立了系统通讯性能的测试平台,分别测试了不同通道的PCI通讯速度、驱动程序多卡功能以及串口通讯的丢包率和响应时间,测试结果证明了本文提出的运动控制卡与HMI通讯方案的可行性,并以裁线端子机为实例再次验证本通讯方案的运行效果。

二、Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发(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、Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发(论文提纲范文)

(1)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

(2)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

(3)基于安卓系统的机器人开放式运动控制平台研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 机器人控制技术概述
        1.2.1 国外机器人控制技术现状
        1.2.2 国内机器人控制技术现状
        1.2.3 机器人控制系统架构
    1.3 安卓系统在工业机器人控制中的应用优势
    1.4 研究内容与章节安排
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 关键技术及难点
        1.4.3章节安排
第2章 平台功能及设计方案
    2.1 平台功能需求分析
    2.2 方案设计
        2.2.1 硬件平台方案
        2.2.2 软件平台方案
    2.3 本章小结
第3章 机器人实时任务模块的实现
    3.1 实时Android体系结构
    3.2 机器人实时任务调度
        3.2.1 改进的LLF调度策略
        3.2.2 改进LLF调度实现细节
    3.3 机器人实时任务模块
    3.4 本章小结
第4章 机器人运动相关模块的实现
    4.1 定义安卓驱动接口
    4.2 运动相关模块的JNI层依赖
        4.2.1 加减速算法
        4.2.2 位置输出反馈控制
        4.2.3 关节空间运动
        4.2.4 笛卡尔空间运动
    4.3 运动相关模块
        4.3.1 系统配置模块
        4.3.2 初始化模块
        4.3.3 可编程IO模块
        4.3.4 信息读取模块
        4.3.5 错误提示模块
        4.3.6 运动模块
    4.4 本章小结
第5章 机器人开放式软件平台
    5.1 其余功能模块实现
        5.1.1 传感器模块
        5.1.2 通信模块
        5.1.3 网络模块
    5.2 JAR开发工具包
    5.3 可视化编程平台
        5.3.1 可视化扩展组件
        5.3.2 可视化块编程
        5.3.3 可视化应用通信
    5.4 本章小结
第6章 实例设计与实验
    6.1 机器人控制平台硬件设计
        6.1.1 通信模块
        6.1.2 直流电机驱动电路
        6.1.3 模拟量控制电路
        6.1.4 输入输出隔离电路
        6.1.5 GPIO信号电平处理
        6.1.6 通用输入输出接口
        6.1.7 反馈信号处理电路
        6.1.8 接口板硬件实物
        6.1.9 Android机器人控制设备搭建
    6.2 实现机器人运动相关模块的内核驱动
    6.3 下载辅助APP测试软件平台功能
        6.3.1 平台参数配置
        6.3.2 IO模块测试
        6.3.3 运动相关模块测试
        6.3.4 网络模块测试
        6.3.5 实时任务模块测试
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
研究生期间发表的论文

(4)基于LinuxCNC的非标刀具磨床数控系统研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 刀具磨床及数控系统的国内外研究现状
        1.2.1 刀具磨床的国内外发展现状
        1.2.2 磨床数控系统的国内外研究现状
    1.3 论文来源及主要研究内容
第二章 非标刀具磨床数控系统方案设计
    2.1 超声非标刀具数控系统功能需求与设计原则
    2.2 非标刀具磨削数控系统构架分析
    2.3 超声非标刀具磨床数控系统硬件结构设计
        2.3.1 硬件系统功能模块分析
        2.3.2 硬件系统具体实现方式
    2.4 超声非标刀具磨床数控系统软件结构设计
    2.5 本章小结
第三章 超声非标刀具磨削姿态及轨迹研究
    3.1 超声刀具磨削型面成型原理
        3.1.1 超声刀具几何结构分析
        3.1.2 碗型砂轮端面磨削的成型机理
    3.2 砂轮端面磨削几何模型分析
        3.2.1 砂轮与工件接触弧长
        3.2.2 砂轮回转端面方程建立
    3.3 磨削刀位轨迹模型推导及求解
        3.3.1 匕首型刀具的磨削轨迹推导及求解
        3.3.2 圆盘型刀具的磨削轨迹推导及求解
    3.4 本章小结
第四章 集成图形参数化编程功能的磨削数控系统开发
    4.1 Linux CNC软件主要模块功能分析
    4.2 硬件抽象层HAL设计
        4.2.1 硬件抽象层原理
        4.2.2 硬件抽象层设计与实现
    4.3 轨迹规划功能的设计
        4.3.1 G代码生成方式分析
        4.3.2 轨迹规划功能的设计与实现
    4.4 基于PyQt的超声刀具数控磨床人机交互界面设计与开发
        4.4.1 人机交互界面设计原则与开发环境
        4.4.2 图形参数化编程人机交互界面设计与实现
    4.5 数控系统主要功能测试
        4.5.1 模块间通讯测试
        4.5.2 匕首型刀具磨削实验
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录

(5)基于LinuxCNC和EtherCAT的不锈钢衬底抛光机控制系统的研制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 本文研究目的
    1.2 国内外研究现状和趋势
        1.2.1 LinuxCNC和 EtherCAT介绍
        1.2.2 研究现状和趋势
    1.3 本文的主要研究内容和论文的结构安排
第二章 抛光机控制系统的硬件方案设计
    2.1 确定不锈钢衬底抛光机的总体控制方案
    2.2 不锈钢衬底抛光机硬件设计
        2.2.1 控制系统上位机
        2.2.2 光电隔离并口CNC接口板
        2.2.3 伺服驱动系统
        2.2.4 伺服系统辅助部件
    2.3 本章小结
第三章 抛光机控制系统的软件实现
    3.1 工控PC机中控制系统软件的工作流程
    3.2 进给轴控制部分实现
        3.2.1 EtherCAT主站
        3.2.2 EtherCAT从站
        3.2.3 HAL component模块设计
    3.3 开关量信号控制部分的实现
    3.4 本章小结
第四章 抛光机图形用户界面与抛光性能试验研究
    4.1 图形用户界面自定义开发
        4.1.1 界面开发环境介绍
        4.1.2 图形用户界面的总体设计与实现
    4.2 控制系统功能模块测试
        4.2.1 实验平台搭建
        4.2.2 手动模式界面功能测试
        4.2.3 自动模式界面功能测试
        4.2.4 程序编辑功能测试
        4.2.5 开关量输入输出测试
    4.3 控制系统的实时性测试
    4.4 控制系统的复合抛光试验
        4.4.1 抛光机性能试验台的搭建
        4.4.2 测量仪器
        4.4.3 抛光实验结果
    4.5 本章小结
第五章 论文总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢

(6)基于阻抗控制的机械臂主动柔顺操作研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 机器人柔顺力控制研究现状
        1.2.1 被动柔顺研究现状
        1.2.2 主动柔顺研究现状
        1.2.3 力位混合控制研究现状
        1.2.4 阻抗控制研究现状
        1.2.5 机器人柔顺力控制应用
    1.3 论文研究意义及内容
第二章 基于计算力矩控制的SCARA机器人建模
    2.1 正向运动学
    2.2 逆向运动学
    2.3 欧拉角
    2.4 几何雅克比矩阵
    2.5 动力学描述及Simscape模型
        2.5.1 基于Simscape Multibody的仿真模型
        2.5.2 基于Robotics System Toolbox搭建控制器
    2.6 本章小结
第三章 阻抗控制及力控制
    3.1 基于力矩的阻抗控制VS基于位置的阻抗控制
        3.1.1 基于力矩的阻抗控制
        3.1.2 基于位置的阻抗控制
        3.1.3 环境交互力
        3.1.4 两种阻抗控制对比
    3.2 变参数阻抗控制
        3.2.1 变刚度阻抗控制
        3.2.2 自适应的变阻尼阻抗控制
    3.3 阻抗控制的稳定性
        3.3.1 接触环境时的稳定性
        3.3.2 自由运动时的稳定性
    3.4 本章小结
第四章 基于运动控制卡的阻抗控制实现
    4.1 整体介绍
    4.2 基于板卡的电机控制
        4.2.1 运动控制卡的说明
        4.2.2 轴的运动控制模式
        4.2.3 轴的原点位置与正负限位
        4.2.4 PCI运动控制卡的局限性
    4.3 SCARA基本运动学构建
        4.3.1 机器人关节与间隙补偿
        4.3.2 机器人对象的建立
    4.4 力传感器的配置和读取
    4.5 力传感器的重力补偿
    4.6 阻抗控制的简化实现
        4.6.1 基于事件同步的定时中断
        4.6.2 关节阻抗控制的实现
        4.6.3 滤波器的选择
        4.6.4 笛卡尔空间阻抗控制的实现
    4.7 机器人程序中类的关系图
    4.8 本章小结
第五章 实验和分析
    5.1 实验平台的搭建
        5.1.1 虚拟力生成
        5.1.2 服务器程序
        5.1.3 机器人三维实时显示
        5.1.4 SCARA机器人程序的实时性测试
        5.1.5 板卡PID控制器的调整
    5.2 关节阻抗控制实验
    5.3 笛卡尔空间阻抗控制实验
    5.4 力控制实验
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
附录A
作者简介

(7)小型加工中心控制系统设计(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 数控系统研究现状和发展趋势
    1.3 本文的主要贡献
    1.4 本文的结构安排
第二章 小型加工中心控制系统总体方案设计
    2.1 小型加工中心需求分析
        2.1.1 功能需求分析
        2.1.2 技术需求分析
    2.2 小型加工中心总体架构设计
        2.2.1 机床硬件平台介绍
        2.2.2 控制系统方案设计
    2.3 控制系统软件平台搭建及Linux CNC软件结构分析
        2.3.1 控制系统软件平台搭建
        2.3.2 LinuxCNC软件结构分析
    2.4 本章小结
第三章 控制系统软件控制模块研究设计
    3.1 任务调度控制器模块分析
        3.1.1 NML消息和共享内存通信机制
        3.1.2 G代码处理器
        3.1.2.1 G代码功能指令介绍
        3.1.2.2 G代码模块源码解析
    3.2 运动控制器模块分析
        3.2.1 运动控制器工作原理
        3.2.2 运动控制器源代码分析
        3.2.2.1 命令处理函数分析
        3.2.2.2 核心控制函数分析
    3.3 I/O控制器模块分析
    3.4 刀具半径补偿设计
    3.5 本章小结
第四章 控制系统软件管理模块设计
    4.1 图形用户界面设计
        4.1.1 GUI图形用户界面简介
        4.1.2 GUI图形用户界面设计
    4.2 用户配置文件设置
    4.3 本章小结
第五章 控制系统硬件设计
    5.1 硬件驱动模块设计
    5.2 多轴运动控制卡电路设计
    5.3 运动控制相关配置
    5.4 本章小结
第六章 系统测试与分析
    6.1 测试平台构建
    6.2 软件控制模块测试
    6.3 多轴运动控制卡输出信号测试
    6.4 系统功能测试
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 后期工作展望
致谢
参考文献

(8)开放式步行机器人实时控制系统研究(论文提纲范文)

1 控制系统架构
2 控制系统硬件
3 实时控制软件
    3.1 实时系统
    3.2 Linux RTAI
    3.3 PMAC驱动程序
    3.4 实时控制软件设计
4 控制系统性能测试
    4.1 Linux RTAI实时性能测试
    4.2 Turbo PMAC驱动程序的实时性能测试
    4.3 伺服电机实时控制实验
5 应用
6 结论

(9)面向激光标刻应用的运动控制卡驱动程序及API函数库的开发(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景、目的和意义
    1.2 激光打标发展现状和趋势
    1.3 主要研究内容及组织架构
2 激光打标控制系统的工作原理及相关技术
    2.1 激光打标系统的工作原理
    2.2 CBIB-USB 运动控制卡简介
    2.3 Linux 系统和 USB 接口简介
    2.4 USB 接口协议
    2.5 CY7C60813 芯片的配置
    2.6 本章小结
3 CY7C68013 固件程序和设备驱动程序的实现
    3.1 CY7C68013 固件程序的实现
    3.2 CY7C68013 设备驱动程序的实现
    3.3 本章小结
4 API 函数库的实现
    4.1 CyUSB 库的封装
    4.2 API 函数的设计与实现
    4.3 打标系统测试软件的开发
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献

(10)开放型运动控制卡与HMI的通讯研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 运动控制器发展现状
        1.2.2 控制系统数据通讯常见方式
    1.3 研究意义
    1.4 主要研究内容和章节安排
第二章 运动控制卡与 HMI 通讯的总体方案及设计
    2.1 运动控制卡与 HMI 通讯总体方案
        2.1.1 运动控制卡的常见通讯方案
        2.1.2 控制卡通讯方案总体设计
    2.2 应用软件设计
    2.3 PCI 驱动设计
        2.3.1 PCI 设备的地址映射
        2.3.2 PCI 驱动对设备的读写方式比较
        2.3.3 PCI 驱动程序方案设计
    2.4 FPGA 模块选型及方案设计
    2.5 Modbus 通讯模块设计
        2.5.1 Modbus 协议简介
        2.5.2 Modbus 传输模式的选择
    2.6 DSP 模块选型及设计
        2.6.1 DSP 处理器的特点及选型
        2.6.2 DSP 对上位机数据的处理过程设计
    2.7 本章小结
第三章 控制卡 PCI 驱动开发及数据通讯的实现
    3.1 需求分析
    3.2 驱动程序基本功能的设计与实现
        3.2.1 驱动程序中重要的数据结构
        3.2.2 IRP 的产生与处理
        3.2.3 驱动程序基本功能的实现
    3.3 应用软件对数据的处理
        3.3.1 数据协议的定义
        3.3.2 API 规划与数据传递
        3.3.3 动态链接库的开发
    3.4 驱动层对数据的处理
        3.4.1 派遣函数对应用程序请求的处理过程
        3.4.2 驱动程序与控制卡数据交换的实现
    3.5 DSP 对数据的处理
    3.6 回零过程的实现及性能测试
    3.7 本章小结
第四章 Modbus 串行链路的通讯实现
    4.1 Modbus 主/从站协议原理
        4.1.1 Modbus 协议的物理层实现方式
        4.1.2 Modbus 网络结构及状态分析
    4.2 HMI 通讯报文规划
        4.2.1 HMI 功能码规划
        4.2.2 HMI 地址规划
    4.3 控制卡对报文的处理
        4.3.1 公共功能码报文的处理
        4.3.2 自定义功能码报文的处理
        4.3.3 多字节数据的处理
    4.4 RS485 的底层通讯的实现
        4.4.1 RS485 通讯端口参数配置
        4.4.2 可变波特率的实现
    4.5 本章小结
第五章 运动控制卡通讯性能测试及应用实例
    5.1 PCI 通讯性能测试
        5.1.1 数据发送接收速度测试
        5.1.2 不同平台对通讯速度的影响
        5.1.3 多卡功能测试
    5.2 Modbus 串行通讯性能测试
        5.2.1 丢包率测试
        5.2.2 DSP 响应时间测试
    5.3 全自动裁线端子机应用实例
        5.3.1 端子机总体方案概述
        5.3.2 上位机软件及运行效果
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

四、Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发(论文参考文献)

  • [1]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)
  • [2]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)
  • [3]基于安卓系统的机器人开放式运动控制平台研究[D]. 朱艳军. 武汉理工大学, 2020(08)
  • [4]基于LinuxCNC的非标刀具磨床数控系统研究[D]. 高鹏. 杭州电子科技大学, 2020(01)
  • [5]基于LinuxCNC和EtherCAT的不锈钢衬底抛光机控制系统的研制[D]. 马佳航. 浙江师范大学, 2019(02)
  • [6]基于阻抗控制的机械臂主动柔顺操作研究[D]. 武琦琦. 东南大学, 2019(06)
  • [7]小型加工中心控制系统设计[D]. 张宇. 电子科技大学, 2017(02)
  • [8]开放式步行机器人实时控制系统研究[J]. 邓黎明,赵现朝,齐臣坤,高峰. 机械设计与研究, 2014(03)
  • [9]面向激光标刻应用的运动控制卡驱动程序及API函数库的开发[D]. 杨佑平. 华中科技大学, 2014(12)
  • [10]开放型运动控制卡与HMI的通讯研究[D]. 王兴飞. 华南理工大学, 2014(01)

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Linux内核空间PCI运动控制卡驱动程序的开发
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