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关节臂式柔性坐标测量机测量空间分析

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  • 发布时间:2014-11-23
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嵌入式系统主要 由嵌入式处理器、相关支撑硬件 、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成。嵌入式操作系统作为嵌入式系统的核心组成部分 ,必须具备 良好的可移植性才能满足嵌入式系统的多样化需求。vC/OS-II是用ANSI的C语言编写的,它是-个完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务内核操作系统。至今,从8位到64位, /0s-II已经在各种不 同架构的微处理器上运行, 目前市场上已经有许多应用 /0s-II的嵌入式产品,因此研究C/OS-III操作 系统及 其移植技术很有价值 。文章首先对c/os-II操作系统的移植可行性进 行分析,然后结合基于ARM体系LPC2294处理器的EASYARM开发板阐述了C/OS-II系统移植的- 般过程 ,最后对C/OS-II系统的移植进行了测试。

2.u C/OS-lI操作系统移植的可行性分析2.1C/0S-II操作系统移植的条件要使C/OS-II正常运行,处理器必须需满足以下要求 :①处理器的c编译器能产生可重入代码:②用c语言可 以开/关中断;③处理器支持中断,并且能够产生定时中断;④处理器能够支持容纳-定量数据的硬件堆栈;⑤处理器有将堆栈指针和其他寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。

在采用c/os-II系统 的移植 中,作者采用ARM LPC2294 微控制器,该微控制器可以满足上述②、④、⑤条件,而ADS1.2的c编译器可 以满足①、③的要求。

2。2 C/OS-II操作系统软件的体系结构是移植的基础所谓移植 ,就是使-个实时内核能在微处理器或微控制器上运行。在设计之初,C/OS-II就考虑到嵌入式系统硬件平台的多样性和操作系统的可移植性问题,大部分代码采用C语言开发,只有部分与处理器硬件相关的代码采用汇编语言编写,而且整个系统采用拈化设计,将不同功能的软件分成不 同的组件 ,分别位于系统的不同层次。这种可复用的层次结构是实现 /0s-II可配置性、可移植性、兼容性 以及可扩展性的基础 ,C/OS-II系统软件的体系结构如 图l所示 。

在 图1中,包含 以下三个部分:核心部分:该部分代码与处理器的类型无关,包含了1个头文件和7个用c语言编写的源文件。主要功能是内核管理、事件管理、消息队列管理、存储管理、消息管理、信号量处理、任务调度和定时管理 。

配置文件部分:主要功能是配置事件控制块数 目和是否包含消息管理的相关代码。

移植代码部分 :这部分是与 处理器相关的代码,包含-个头文件、-个汇编源码文件和-个C源码文件。

3. C/OS-Il操作系统移植应用3.1c/os-i I移植的硬件资源4.测量机测量空间对 于前面关节臂式柔性坐标测量机测量空间中存在测量 死角”的问题,我们可以通过寻找坐标测量机 的测量空 间来进 行验证。我们借鉴工业机器人工作空间 的分析方法。机器人工作空间的分析方法主要有:几何法 、解析 法及 数值法 。针对 我们坐标测量机的机械结构及测量模型,我们选择数值法当中的蒙特卡洛法 (MonteCarlo),它是-种采用随机抽样来解决数学问题的数值方法,广泛用于物理模型的建立 、金融工程学 、生物 医学、空气动力学、宏观经济 学等 。通 常利 用蒙特卡洛方法处理问题的步骤如下 :(1)描述并确 定数学问题的概率模型;(2)在随机样本中进行 随机抽样;(3)将样本代入到模型当中进行统计估计 。

我们坐标测量机 的测量 空间可 以表示为如下的形式:Spf(0 i)l 0 ∈Qc R上式中,S表示空间中点的集合,P为末端测头处点位置坐标,fN坐标测量机测量模型,0 为广义关节变量,Q为关节变量取值范围,R。表示三维空间。测量机模型前面已经给出即坐标测量机测量模型,广义关节变量即我们的随机抽样样本需要通过随机数 的产生来获得。

首先我们利用RAND函数来产生均匀分布的[O,M]随机数即我们进行抽样分析的随机样本,我们取M10 ,使 -十( ~- )XRAND÷M,其中 -, (i1,2,6)分另为关节变量的最大、最小值。这里我们取十万组随机样本即十万个形态位姿 ,将这些随机样本代入式(1)中的模型,我们便可以得到各个测头点位置处的坐标 ( ,Y , )。

利用软件进行模拟仿真,我们可以得到所抽样的点的集合 ,如图3所示,即为关节臂式坐标测量机 的测量空间,所取样本数越多,测量空间就越精确。从图上我们可以看到该测量空间为-完整的曲面球体,并没有 出现前面所讨论 的存在测量 死角”的情况,掖映了我们坐标测量机结构参数设计的合理性 。

5.结论本文阐述了关节臂式坐标测量机的结表1柔性坐标测量机的结构参数杆件编号 关节变量(rad) 杆件扭角(rad) 杆件长度(rim) 杆件偏置(mm)l d1 01 -Ⅱ/2 40 2402 0 2 Ⅱ/2 -40 03 0 3 -Ⅱ/2 32 4404 4 n/2 -32 O5 05 -Ⅱ/2 32 3406 06 /2 -32 0构与数学模型,并基于结构讨论了测量机测量空间中测量 死角”的情况,采用了蒙特卡洛理论对测量空间进行了分析与软件仿真,验证了我们坐标测量机测量空间当中并无测量 死角”的存在,证明了我们坐标测量机结构设计的合理性。为我们今后找寻坐标测量机的空间误差分布规律与最佳测量区域奠定了理论基础并提供了帮助。

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