码垛机器人控制系统的设计及实现

发布时间：2017-08-12 17:05

  本文关键词：码垛机器人控制系统的设计及实现

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【摘要】：伴随着工业自动化技术的日臻成熟,码垛机器人在医药、包装、水泥、造酒等诸多领域得到了应用。近年来,由于市场环境的不断变化,人们已经不止满足于码垛机器人简单地替代体力劳动而是在低成本、高效率、高精度等方面提出了更多的期望。因此,开展对码垛机器人控制系统的研究对于提高我国码垛机器人的设计水平,推动码垛机器人更广泛地走向市场具有重要的意义。本文首先对码垛机器人机构进行分析,得出了机器人末端执行机构与驱动机构之间的运动关系。提出机器人吊臂连杆的尺寸优化方案,并据此应用图解法计算出码垛机器人的工作空间。其次,为了提高工作效率以及减小机器人手爪的振动,提出了两种可行的轨迹规划方案,即“4-3-4”三段轨迹法与五次多项式插值相结合的轨迹规划方法和基于三次样条曲线的轨迹规划方法,并结合本课题中机器人具体参数计算出了机器人末端的运动轨迹方程,通过MATLAB对两种方法的轨迹方程分别进行了仿真验证。最后,设计出了码垛机器人的具体控制方案,并根据机器人实际工作需求选取了控制系统的控制器、伺服系统、触摸屏、传感器等硬件设备。绘制了控制系统的控制器接线图、伺服电机驱动器接线图以及通讯接口接线图。设计了控制系统软件的组成架构,按照模块化设计原理,完成了码垛机器人可编程控制器程序以及触摸屏界面的设计。
【关键词】：码垛机器人 机构运动分析 轨迹规划 PLC 工业触摸屏
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH246;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题提出的背景和意义9
• 1.2 码垛机器人的研究和应用现状9-13
• 1.2.1 国外码垛机器人的研究和应用现状9-12
• 1.2.2 国内码垛机器人的研究和应用现状12-13
• 1.3 工业机器人控制系统的研究现状13-14
• 1.4 工业机器人控制方式的发展现状14-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 第二章 码垛机器人机构运动分析及工作空间计算17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 码垛机器人结构介绍17-18
• 2.3 码垛机器人机构运动分析18-20
• 2.3.1 码垛机器人连杆机构分析18-19
• 2.3.2 码垛机器人末端运动方程的建立19-20
• 2.4 码垛机器人的连杆尺寸参数设计20-21
• 2.5 码垛机器人工作空间的计算21-23
• 2.5.1 工作空间分析的常用方法21-22
• 2.5.2 图解法计算码垛机器人工作空间22-23
• 2.6 本章小结23-25
• 第三章 码垛机器人轨迹规划25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 轨迹规划概述25-30
• 3.2.1 轨迹规划的一般性问题25
• 3.2.2 轨迹规划的方式25-26
• 3.2.3 直角坐标空间轨迹规划算法26-28
• 3.2.4 关节空间轨迹规划方法28-30
• 3.3 码垛机器人轨迹规划任务描述30
• 3.4 “434”及五次多项式轨迹规划及仿真30-35
• 3.4.1 竖直移动关节“434”轨迹规划30-31
• 3.4.2 水平移动关节、旋转关节五次多项式轨迹规划31-32
• 3.4.3“434”及五次多项式轨迹规划的MATLAB仿真32-35
• 3.5 三次样条曲线轨迹规划及仿真35-38
• 3.5.1 三次样条曲线轨迹规划35-36
• 3.5.2 三次样条曲线轨迹规划的MATLAB仿真36-38
• 3.6 本章小结38-41
• 第四章 码垛机器人控制系统硬件设计41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 控制系统总体方案41-42
• 4.3 控制系统硬件的选型42-48
• 4.3.1 可编程控制器的选型42-43
• 4.3.2 工业触摸屏的选型43-44
• 4.3.3 传感器的选型44-46
• 4.3.4 伺服系统的选型46-48
• 4.4 硬件的接线与通讯48-51
• 4.4.1 可编程控制器的I/O分配与接线48-49
• 4.4.2 伺服电机驱动器的接线49-50
• 4.4.3 触摸屏与PLC的通讯50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 码垛机器人控制系统软件设计53-65
• 5.1 码垛机器人控制系统软件的架构53
• 5.2 软件设计的原理及原则53-54
• 5.3 可编程控制器软件设计54-58
• 5.3.1 PLC编程环境CX-Programmer简介54-55
• 5.3.2 码垛机器人连续运行程序设计55-56
• 5.3.3 码垛机器人位置示教程序设计56-57
• 5.3.4 码垛机器人原点搜索程序设计57
• 5.3.5 码垛机器人报警处理程序设计57-58
• 5.4 人机界面系统软件设计58-63
• 5.4.1 NB-Designer简介58-59
• 5.4.2 用户权限及登陆界面的设计59
• 5.4.3 机器人运行状态显示界面设计59-60
• 5.4.4 码垛机器人单动示教界面设计60-61
• 5.4.5 码垛机器人系统参数设置界面设计61-62
• 5.4.6 码垛机器人报警界面设计62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 参考文献67-71
• 附录A71-91
• 致谢91

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本文编号：662655