机床工件搬运六自由度工业机器人系统开发

发布时间：2017-08-22 14:11

  本文关键词：机床工件搬运六自由度工业机器人系统开发

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【摘要】：目前机床行业中,工业机器人的应用与发展变得越来越重要。采用工业机器人,不仅能提高生产效率,减轻劳动强度,还能够提高产品质量,缩短产品制造周期,大幅度降低成本。在工业生产中,搬运机器人动作灵活,特别是六自由度工业搬运机器人具有非常好的柔性,因此它能够改善工人的劳动条件,节约原材料的消耗,提高产品的质量,加快产品的更新换代,显著地提高劳动生产率。本文在机床工件搬运六自由度工业机器人方面的主要研究工作如下:研究分析了六自由度工业机器人的运动学问题。根据D-H法建立了工业机器人空间坐标系,分析说明了两相邻坐标系之间相互转换的关系,并推导出了其转换矩阵。在求解六自由度工业机器人正逆解的过程中,根据用到的系数的个数不同,提出了三种建立坐标系的方法。通过对六自由度工业机器人正逆解的分析得出,用第三种方法建立坐标系最优。在求解六自由度工业机器人正逆解过程中分别对求得的正解结果和逆解结果进行了验证。研究分析了六自由度工业机器人的空间轨迹规划问题。对六自由度工业机器人分别在直角坐标空间和关节坐标空间进行了轨迹规划的研究与分析。并通过MATLAB软件对关节空间中的三次多项式插值算法和五次多项式插值算法进行了仿真实验。通过实验结果可知,五次多项式插值算法可以保证各关节在运动过程中关节角、角速度和角加速度都是连续的,可使电机平稳运行。由于本课题研究的是点到点的运动,要求精度较高,故在运动轨迹规划中选用了五次多项式插值算法。设计了六自由度工业机器人硬件控制系统。在硬件控制系统中主要提出了硬件系统的总体方案,进行了运动控制器的选择和伺服电机的选型,设计了硬件控制系统中各部件之间的连接,包括各部分硬件与控制器接口板之间的连接,脉冲量输出信号的连接,运动控制器与伺服系统之间的连接等。设计了六自由度工业机器人软件控制系统。在软件控制系统中主要设计了程序模块、系统初始化模块、运动模块、示教再现模块、限位急停模块和人机交互界面。本软件控制系统的人机交互界面,主要包括主界面、JOG运动控制界面、示教再现界面、正逆解界面、关节坐标运动界面、直角坐标运动界面、参数设置界面等。建立了机床工件搬运六自由度工业机器人实验平台。验证了本课题设计的以固高运动器为核心的六自由度工业机器人硬件控制系统和软件控制系统,并详细研究了机床工件搬运六自由度工业机器人运控制系统的工作原理及过程,硬件系统中的末端执行器本课题选用了电磁吸盘,并对六自由度工业机器人电控柜的内部结构做了详细设计。
【关键词】：六自由度搬运机器人 正逆解优化算法 关节坐标轨迹规划 运动控制器
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG502;TP242
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 工业机器人国内外研究现状12-14
• 1.2.1 工业机器人国外研究现状12-13
• 1.2.2 工业机器人国内研究现状13-14
• 1.3 机床工件搬运工业机器人现状14-15
• 1.4 主要研究内容15-17
• 第二章 六自由度工业机器人运动学分析研究17-31
• 2.1 六自由度工业机器人坐标系的建立18-19
• 2.2 六自由度工业机器人坐标系的转换19-20
• 2.3 六自由度工业机器人转换矩阵的建立20-21
• 2.4 六自由度工业机器人正运动学优化算法及验证21-25
• 2.4.1 正运动学优化算法21-24
• 2.4.2 正解的验证24-25
• 2.5 六自由度工业机器人逆运动学优化算法及验证25-30
• 2.5.1 逆运动学优化算法25-29
• 2.5.2 逆解的验证29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 六自由度工业机器人运动轨迹规划31-41
• 3.1 轨迹规划的方法31-32
• 3.2 轨迹规划的过程32-33
• 3.3 关节空间的插值算法33-39
• 3.3.1 三次多项式插值算法33-36
• 3.3.2 五次多项式插值算法36-37
• 3.3.3 两种插值算法基于MATLAB的仿真实验37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 六自由度工业机器人控制系统硬件设计41-49
• 4.1 控制系统硬件总体方案41-42
• 4.2 运动控制器的选择42-43
• 4.3 伺服电机的选型43
• 4.4 控制系统中硬件的连接43-47
• 4.4.1 控制器接口板与各部件之间的连接43-44
• 4.4.2 脉冲量输出信号连接44-45
• 4.4.3 伺服轴限位信号连接45
• 4.4.4 运动控制器与伺服系统之间的连接45-47
• 4.5 本章小结47-49
• 第五章 六自由度工业机器人控制系统软件设计49-59
• 5.1 软件控制系统的总体方案49
• 5.2 软件模块设计49-55
• 5.2.1 程序模块设计50-51
• 5.2.2 系统初始化模块设计51
• 5.2.3 运动模块设计51-53
• 5.2.4 示教再现模块设计53-54
• 5.2.5 限位急停模块设计54-55
• 5.3 人机界面设计55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 机床工件搬运六自由度工业机器人实验平台59-63
• 6.1 机床工件搬运六自由度工业机器人控制系统59
• 6.2 工件搬运过程设计59-61
• 6.3 末端执行器设计61
• 6.4 控制系统辅助功能设计61-62
• 6.5 本章小结62-63
• 第七章 总结与展望63-65
• 7.1 总结63-64
• 7.2 研究展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 岁波,都东,陈强,孙振国,韩翔宇;基于双目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测[J];机械工程学报;2003年05期

2 徐海黎;解祥荣;庄健;王孙安;;工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划[J];机械工程学报;2010年09期

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本文编号：719572