基于PLCopen的焊接机器人轨迹优化策略研究
发布时间：2021-04-18 02:24
机器人是一种能够扩展人类工作能力的有效工具,在人类改造世界的过程中,机器人发挥着越来越举足轻重的作用。焊接机器人是机器人家族中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究方向。串联型焊接机器人其工作范围大、动作灵活、结构紧凑等特点在焊接机器人研究中受到设计者和使用者青睐。对串联型焊接机器人运动轨迹规划和轨迹跟踪的研究,一直受到学者的普遍关注。本文的主要工作内容如下:1.对机器人的定义、研究现状及其发展前景做了介绍,以ABB公司的IRB140焊接机器人为研究对象,介绍了机器人的空间位姿表示方法,通过对其参数结构进行分析,用D-H法建立了IRB140焊接机器人的连杆坐标系,并使用蒙特卡洛法确定其工作范围,同时对其进行了正逆运动学分析,为IRB140焊接机器人的轨迹规划做准备。2.研究了焊接机器人轨迹规划的一般方法。在关节空间,针对不同的约束条件,分别对IRB140焊接机器人进行了三次多项式插值的轨迹规划、高次多项式插值的轨迹规划和抛物线过渡的线性插值的轨迹规划;在笛卡尔空间深入研究了IRB140焊接机器人的直线轨迹规划和圆弧轨迹规划,并分析了不同轨迹规划的优缺点。3.研究了焊接机器人的轨迹跟踪的...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2018中国工业机器人市场销量分析
合肥工业大学硕士学位论文14描述两个相邻连杆坐标系之间的空间位姿都可以用这a、、d、四个参数来表示，其中a用来表示连杆长度，用来表示连杆扭角，d用来表示两相邻连杆之间的距离，用来表示两连杆之间的夹角，a、描述连杆自身的参数，d、描述相邻连杆之间角度关系，是关节变量，a、、d是关节参数；对于平移关节d是关节变量，a、、是关节参数。如图2.8所示为n个关节的广义连杆系统，取相邻杆件(Link)i-1和及关节(Joint)i-1、i和i+1，来研究连杆之间的齐次变换矩阵，首先建立参考坐标系{i}，参考坐标系的建立要遵循以下规则。1.iz轴与第i+1个关节轴线重合2.ix轴垂直于iz轴和i1z轴，并由关节i指向关节i+13.以i1z轴和iz轴的公垂线和iz轴的交点为原点4.iy轴通过右手坐标系规则建立根据上述D-H坐标系建立规则，可将该方法描述的焊接机器人相邻杆件之间的关系参数总结到如下表格2.1。图2.8标准D-H模型参数示意图Fig2.8SchematicdiagramofstandardD-Hmodelparameters表2.1标准D-H连杆参数的含义Table2.1ThemeaningofstandardD-Hconnectingrodparameters连杆参数定义ia沿i1x轴，从i1z轴移动到iz轴的偏置距离i绕i1x轴（右手定则），由i1z轴转向iz轴的偏角id沿i1z轴，从i1x轴移动到ix轴的距离i绕i1z轴（右手定则），由i1x轴转向ix轴的关节角
第三章焊接机器人的雅可比矩阵和工作空间253.2IRB140焊接机器人的工作空间3.2.1机器人的工作空间方法串联机器人的工作空间主要有三种方法：解析法、图解法和数值法[21]。1.解析法解析法是通过使用包络法推导出串联机器人的工作空间，解析法虽然能够使用方程把机器人的空间边界表示出来，但是包络方法过于复杂，不能够直观表示，不易于理解，通常适用于机器人的关节个数较少的情况下。下图3.2为解析法的一般步骤。图3.2解析法的一般步骤图3.3图解法Fig3.2GeneralstepsoftheanalyticalmethodFig3.3Graphicmethod2.图解法针对六自由度串联机器人，按照其机械结构可以将关节分为两个部分，前三个关节来表示机器人的位置信息，后三个关节来表示机器人的位姿信息，前一组可通过关节角度的范围得到工作空间的尺寸大小[22]。图解法的步骤是通过对两组关节带来的尺寸信息进行包络，整合各个截面最终得到整个工作空间。这种方法求解机器人的工作空间具有较强的直观性，操作起来比较快捷。但是当机器人自由度增多或机械结构复杂时，截面的图形不易得到，图解法就不能很好地展现串联机器人的工作空间横截面[23]。图3.3为图解法得到的六自由度机器人的工作空间，主要是根据每一个关节的转角来决定能够到达的位置。3.数值法顾名思义，数值法就是通过数据来得到机器人的工作空间的方法。数值法的一般步骤是先大量得到不相关的各个关节角度值，然后将角度发送给机器人执行，机器人在执行时到达地点的位置的集合就是机器人的工作空间。数值法用来求解机器人的工作空间比较简单，利用现在计算机和仿真软件的发展就可以实现，数值法位置正解分析奇异位形分析角点、曲面、曲面片曲面拓扑分析拓扑逻辑图边界曲面方程
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人焊接工作站在汽车制造中的应用[J]. 陈鹏. 集成电路应用. 2020(04)
[2]智能制造在汽车车身焊接的应用[J]. 曲家宇. 集成电路应用. 2020(04)
[3]车身焊接自动化技术的发展应用[J]. 杨玻,张开熙,邹勇. 汽车零部件. 2020(03)
[4]焊接机器人在汽车焊装领域中的应用思考[J]. 安琪. 中国设备工程. 2020(06)
[5]巡检机器人机械结构设计探究[J]. 孙元元. 中国设备工程. 2020(06)
[6]工业机器人焊接生产线的设计及研究[J]. 王立忠. 内燃机与配件. 2020(05)
[7]基于MATLAB-Robotics的七自由度机器人运动轨迹规划仿真[J]. 朱小利. 河北北方学院学报(自然科学版). 2019(11)
[8]可调整焊枪姿态直线摆弧路径算法研究[J]. 潘海鸿,尹华壬,梁旭斌,李睿亮,夏凯,陈琳. 组合机床与自动化加工技术. 2019(11)
[9]基于MATLAB的KUKA焊接机器人轨迹规划与运动学仿真[J]. 朱志伟,李和平. 机床与液压. 2019(21)
[10]Delta机器人产品分拣轨迹规划仿真[J]. 张续冲,张瑞秋,陈亮,张宪民. 计算机仿真. 2019(11)
硕士论文
[1]面向人机交互的七自由度服务机械臂柔顺控制研究[D]. 汪超.南京邮电大学 2019
[2]基于旋量理论的六自由度工业机器人运动学与可靠性研究[D]. 郝世鹏.山东建筑大学 2019
[3]面向高速分拣的4-DOF并联机器人轨迹规划与实验研究[D]. 耿志国.哈尔滨商业大学 2019
[4]基于仿真技术的六轴工业机器人的设计及轨迹规划[D]. 吕鑫.中北大学 2019
[5]基于混合粒子群算法的车间调度研究及管理系统设计[D]. 张晓寒.武汉科技大学 2019
[6]巷道喷浆机械手轨迹规划与自动控制研究[D]. 徐海乔.中国矿业大学 2019
[7]基于PLCopen的开放式运动控制器功能块的设计与实现[D]. 王舒润.合肥工业大学 2019
[8]用于相贯线焊缝的焊接机器人和变位机的运动规划及图形仿真[D]. 曾瑞.广东工业大学 2019
[9]基于LinuxCNC的六轴机器人位姿规划算法研究[D]. 林海明.华南理工大学 2019
[10]基于轨迹跟踪控制算法的抓取机器人控制系统关键技术研究[D]. 董凡.西南交通大学 2019
本文编号：3144610
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2018中国工业机器人市场销量分析
合肥工业大学硕士学位论文14描述两个相邻连杆坐标系之间的空间位姿都可以用这a、、d、四个参数来表示，其中a用来表示连杆长度，用来表示连杆扭角，d用来表示两相邻连杆之间的距离，用来表示两连杆之间的夹角，a、描述连杆自身的参数，d、描述相邻连杆之间角度关系，是关节变量，a、、d是关节参数；对于平移关节d是关节变量，a、、是关节参数。如图2.8所示为n个关节的广义连杆系统，取相邻杆件(Link)i-1和及关节(Joint)i-1、i和i+1，来研究连杆之间的齐次变换矩阵，首先建立参考坐标系{i}，参考坐标系的建立要遵循以下规则。1.iz轴与第i+1个关节轴线重合2.ix轴垂直于iz轴和i1z轴，并由关节i指向关节i+13.以i1z轴和iz轴的公垂线和iz轴的交点为原点4.iy轴通过右手坐标系规则建立根据上述D-H坐标系建立规则，可将该方法描述的焊接机器人相邻杆件之间的关系参数总结到如下表格2.1。图2.8标准D-H模型参数示意图Fig2.8SchematicdiagramofstandardD-Hmodelparameters表2.1标准D-H连杆参数的含义Table2.1ThemeaningofstandardD-Hconnectingrodparameters连杆参数定义ia沿i1x轴，从i1z轴移动到iz轴的偏置距离i绕i1x轴（右手定则），由i1z轴转向iz轴的偏角id沿i1z轴，从i1x轴移动到ix轴的距离i绕i1z轴（右手定则），由i1x轴转向ix轴的关节角
第三章焊接机器人的雅可比矩阵和工作空间253.2IRB140焊接机器人的工作空间3.2.1机器人的工作空间方法串联机器人的工作空间主要有三种方法：解析法、图解法和数值法[21]。1.解析法解析法是通过使用包络法推导出串联机器人的工作空间，解析法虽然能够使用方程把机器人的空间边界表示出来，但是包络方法过于复杂，不能够直观表示，不易于理解，通常适用于机器人的关节个数较少的情况下。下图3.2为解析法的一般步骤。图3.2解析法的一般步骤图3.3图解法Fig3.2GeneralstepsoftheanalyticalmethodFig3.3Graphicmethod2.图解法针对六自由度串联机器人，按照其机械结构可以将关节分为两个部分，前三个关节来表示机器人的位置信息，后三个关节来表示机器人的位姿信息，前一组可通过关节角度的范围得到工作空间的尺寸大小[22]。图解法的步骤是通过对两组关节带来的尺寸信息进行包络，整合各个截面最终得到整个工作空间。这种方法求解机器人的工作空间具有较强的直观性，操作起来比较快捷。但是当机器人自由度增多或机械结构复杂时，截面的图形不易得到，图解法就不能很好地展现串联机器人的工作空间横截面[23]。图3.3为图解法得到的六自由度机器人的工作空间，主要是根据每一个关节的转角来决定能够到达的位置。3.数值法顾名思义，数值法就是通过数据来得到机器人的工作空间的方法。数值法的一般步骤是先大量得到不相关的各个关节角度值，然后将角度发送给机器人执行，机器人在执行时到达地点的位置的集合就是机器人的工作空间。数值法用来求解机器人的工作空间比较简单，利用现在计算机和仿真软件的发展就可以实现，数值法位置正解分析奇异位形分析角点、曲面、曲面片曲面拓扑分析拓扑逻辑图边界曲面方程
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人焊接工作站在汽车制造中的应用[J]. 陈鹏. 集成电路应用. 2020(04)
[2]智能制造在汽车车身焊接的应用[J]. 曲家宇. 集成电路应用. 2020(04)
[3]车身焊接自动化技术的发展应用[J]. 杨玻,张开熙,邹勇. 汽车零部件. 2020(03)
[4]焊接机器人在汽车焊装领域中的应用思考[J]. 安琪. 中国设备工程. 2020(06)
[5]巡检机器人机械结构设计探究[J]. 孙元元. 中国设备工程. 2020(06)
[6]工业机器人焊接生产线的设计及研究[J]. 王立忠. 内燃机与配件. 2020(05)
[7]基于MATLAB-Robotics的七自由度机器人运动轨迹规划仿真[J]. 朱小利. 河北北方学院学报(自然科学版). 2019(11)
[8]可调整焊枪姿态直线摆弧路径算法研究[J]. 潘海鸿,尹华壬,梁旭斌,李睿亮,夏凯,陈琳. 组合机床与自动化加工技术. 2019(11)
[9]基于MATLAB的KUKA焊接机器人轨迹规划与运动学仿真[J]. 朱志伟,李和平. 机床与液压. 2019(21)
[10]Delta机器人产品分拣轨迹规划仿真[J]. 张续冲,张瑞秋,陈亮,张宪民. 计算机仿真. 2019(11)
硕士论文
[1]面向人机交互的七自由度服务机械臂柔顺控制研究[D]. 汪超.南京邮电大学 2019
[2]基于旋量理论的六自由度工业机器人运动学与可靠性研究[D]. 郝世鹏.山东建筑大学 2019
[3]面向高速分拣的4-DOF并联机器人轨迹规划与实验研究[D]. 耿志国.哈尔滨商业大学 2019
[4]基于仿真技术的六轴工业机器人的设计及轨迹规划[D]. 吕鑫.中北大学 2019
[5]基于混合粒子群算法的车间调度研究及管理系统设计[D]. 张晓寒.武汉科技大学 2019
[6]巷道喷浆机械手轨迹规划与自动控制研究[D]. 徐海乔.中国矿业大学 2019
[7]基于PLCopen的开放式运动控制器功能块的设计与实现[D]. 王舒润.合肥工业大学 2019
[8]用于相贯线焊缝的焊接机器人和变位机的运动规划及图形仿真[D]. 曾瑞.广东工业大学 2019
[9]基于LinuxCNC的六轴机器人位姿规划算法研究[D]. 林海明.华南理工大学 2019
[10]基于轨迹跟踪控制算法的抓取机器人控制系统关键技术研究[D]. 董凡.西南交通大学 2019
本文编号：3144610
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