高速高精度激光切割机器人运动控制研究

发布时间：2023-04-28 18:22

　　激光切割技术是当前工业制造中重要的应用技术之一,在应用领域中十分广泛,具有速度快、精度高、切割材料通用性强和污染少等优势,已成为当前先进生产技术的研究热点之一。虽然激光切割技术在国内已取得了较为可观的发展,但仍与海外技术领先的企业存在一定的差距,导致目前高速高精度的激光设备仍以进口昂贵设备为渠道,严重阻碍了激光技术在国内的推广和普及。为提升我国的先进工业制造能力,研究激光切割在复杂曲面上更高效的运动控制策略具有的重要意义。首先,本文以安装新式机械结构的三维激光切割头的激光切割机器人为研究对象,从运动学角度分析固连在激光切割头上的机械旋转M点与控制X、Y、Z方向的机身移动轴之间的运动解耦关系。设计出以具有解耦机械结构的机器人为应用对象的分步运动学分析方法,对目标切割点从操作空间到关节空间分成两个步骤进行运动学正逆解分析。其次,本文研究了激光切割刀具路径的插补技术。为实现以最佳切割运动速度进行匀速切割的激光切割运动控制策略,提出了一种基于低曲率M路径的实时插补算法。以转角为例进行高曲率区段插补算法研究,先采用数字积分法进行刀具路径插补和激光入射角调整规划计算,再通过控制M点在低曲率M路径上...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究目的与意义
    1.2 国内外激光切割机器人研究现状
        1.2.1 国内外激光设备研究现状
        1.2.2 国内外激光切割机器人运动学分析研究现状
        1.2.3 国内外激光切割机器人运动控制研究现状
    1.3 三维激光切割头介绍
        1.3.1 传统三维激光切割头
        1.3.2 新一代三维激光切割头
    1.4 课题主要研究内容及各章节安排
        1.4.1 论文内容安排
        1.4.2 论文总体框架
第2章 三维激光切割机器人运动学数学建模
    2.1 机器人建模的数理基础
        2.1.1 三维空间位姿描述
        2.1.2 齐次变换矩阵及矩阵的合成
        2.1.3 Denavit-Hartenberg法建立模型
    2.2 三维激光切割机器人运动学分析
        2.2.1 激光切割头与机械旋转点运动解耦性分析
        2.2.2 机床机械旋转点运动学分析
        2.2.3 激光切割头运动学分析
    2.3 三维激光切割机器人运动学分析及仿真验证
        2.3.1 基于M点的分步运动学分析
        2.3.2 运动学分析的Matlab仿真验证
    2.4 本章小结
第3章 高速高精度激光切割运动插补设计
    3.1 三维激光切割运动控制方案概述
    3.2 高曲率区段刀具路径插补算法
        3.2.1 常规插补算法介绍
        3.2.2 刀具路径位置插补
        3.2.3 刀具路径激光入射角规划
    3.3 高曲率区段M路径插补算法
        3.3.1 M路径插补算法流程
        3.3.2 转角区段M路径规划
        3.3.3 转角区段基于M路径的插补算法
    3.4 M路径插补算法的仿真验证
    3.5 本章小结
第4章 CNC数控系统加减速控制及滤波处理研究
    4.1 常见的加减速控制方法
        4.1.1 直线加减速控制算法
        4.1.2 S型加减速控制算法
    4.2 基于滑动滤波器的加减速控制方法
        4.2.1 基于滑动平均滤波器的加减速控制算法
        4.2.2 滑动平均滤波器的结构
        4.2.3 直线加减速串联滑动滤波器
    4.3 M路径速度滤波加减速处理
        4.3.1 滤波前M点插值速度曲线
        4.3.2 滤波后M点插值速度曲线
        4.3.3 滤波前后刀具路径切割速度
    4.4 本章小结
第5章 总结和展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术成果
致谢



本文编号：3804227