4自由度直角坐标焊接机器人控制系统设计

发布时间：2017-03-20 05:04

  本文关键词：4自由度直角坐标焊接机器人控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着近年来经济的飞速发展，工业机器人被广泛的应用到各个领域。由于焊接环境恶劣，使得工业机器人在焊接领域的应用更加广泛。然而，目前使用的焊接机器人以通用工业机器人为主，主要用于完成复杂的焊接任务，对于焊缝种类单一的焊接任务产生了功能浪费。通用工业机器人的价格较高，增加了产品的生产成本。针对这个实际问题和市场的巨大需求，本文设计了4自由度直角坐标焊接机器人的控制系统。 首先，本文对交流伺服系统和直流伺服系统以及集中控制方式和集散控制方式分别进行了比较；针对4自由度直角坐标焊接机器人的工业用途设计了控制系统的总体方案；根据总体方案对交流伺服电机和线性模组进行了选型及校核。 其次，，本文建立了d-q坐标系下的永磁同步电机的数学模型，并通过状态方程对其进行了电流反馈解耦；针对解耦后的电机模型，本文运用调节器的工程设计方法，对焊接机器人Z轴交流伺服系统的电流环、速度环和位置环进行了调节器设计；在Matlab/simulink中搭建了Z轴的交流伺服控制系统仿真模型，实现了不同速度给定下的位置阶跃响应的仿真；利用MFC编写了G代码轨迹模拟软件，使得G代码文件使用前操作者即可检验其生成轨迹的正确性。 最后，搭建了4自由度直角坐标焊接机器人样机的控制系统；探讨了实物接线中提高控制系统的抗干扰方法；利用实验样机进行了大量实物的焊接实验，从而检验控制系统的稳定性及定位精度等。
【关键词】：交流伺服 焊接机器人 d-q坐标 永磁同步电机 MFC
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG409;TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 选题的背景9-10
• 1.2 国内外焊接机器人发展现状10-14
• 1.2.1 国外焊接机器人发展现状10-12
• 1.2.2 国内焊接机器人发展现状12-14
• 1.3 课题研究的目的和意义14-15
• 1.4 论文研究的主要内容15-16
• 第2章 焊接机器人控制系统总体方案设计16-22
• 2.1 焊接机器人的性能要求16-18
• 2.1.1 机器人本体结构介绍16-17
• 2.1.2 焊接机器人控制系统设计指标17-18
• 2.2 焊接机器人控制系统总体方案设计18-20
• 2.2.1 交流伺服电机与直流伺服电机比较18-19
• 2.2.2 集中控制方式与集散控制方式比较19-20
• 2.3 控制系统总体方案20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 焊接机器人控制系统硬件设计22-37
• 3.1 硬件选型22-34
• 3.1.1 电机及轴模组选型22-33
• 3.1.2 控制器选型33-34
• 3.2 控制系统硬件线路设计34-36
• 3.2.1 驱动器控制线路35
• 3.2.2 限位信号采集线路35-36
• 3.2.3 制动器控制线路36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 控制系统仿真及 G 代码轨迹模拟37-62
• 4.1 永磁同步电机37-39
• 4.1.1 永磁同步电机分类37-38
• 4.1.2 PMSM 与 BDCM 比较38-39
• 4.2 交流永磁同步电机数学模型的建立39-45
• 4.2.1 PMSM 的数学模型39-43
• 4.2.2 PMSM 传递函数解耦43-45
• 4.3 Z 轴交流伺服调节器设计45-53
• 4.3.1 电流环调节器设计46-49
• 4.3.2 速度环调节器设计49-51
• 4.3.3 位置环调节器设计51-53
• 4.4 Simulink 建模仿真53-57
• 4.4.1 电机模型建立53-55
• 4.4.2 系统模型建立55-56
• 4.4.3 控制系统仿真56-57
• 4.5 G 代码轨迹模拟软件57-61
• 4.5.1 软件功能介绍58-60
• 4.5.2 软件焊接轨迹生成示例60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 实验样机研制及控制系统实验62-72
• 5.1 实验样机控制系统研制62-67
• 5.1.1 控制柜设计62-65
• 5.1.2 控制系统软件设计65-67
• 5.2 单轴控制系统实验67-69
• 5.3 实物焊接实验69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：257183