铸铁件清理机器人通信与监控系统的研究与开发

发布时间：2017-10-28 05:00

  本文关键词：铸铁件清理机器人通信与监控系统的研究与开发

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【摘要】：随着智能制造的发展,工业机器人的应用越来越广泛。在铸件清理领域,工业机器人具有在恶劣环境下持续作业和高度柔性化的优势,可以针对铸件的不同特征、清理方式与要求选取相对应的刀具。因此,完全可以替代人工对铸件进行清理作业。铸铁件清理机器人通信与监控系统的设计主要包括PLC的数据采集与监控、激光位移传感器的手眼标定算法研究、系统软件的开发三大模块。针对铸件清理机器人系统在打磨作业过程中可能存在异常情况。运用传感器与智能控制技术,利用Modbus-RTU通信协议,实现可编程逻辑控制器(PLC)与变频器的通信,PLC采集主轴运行时的参数,间接获取主轴承受力矩,实时调整机器人进给速度。再配合主轴上的温度传感器,保证主轴运行安全,对异常作业进行快速保护。实现了对主轴工作状态的监测,保证了系统的安全作业。针对工件在安装时存在的装夹误差可能导致机器人在清理时打磨到工件本体的问题。通过在机器人末端安装激光位移传感器扫描工件,可以得到工件相对于机器人世界坐标系的位姿,从而补偿装夹误差。在使用激光位移传感器之前,必须对其进行标定。论文提出了基于标准平面和标准球面的两种标定方法,对机器人进行了手眼标定实验。通过实验,利用matlab软件分别拟合平面和球面,计算出激光位移传感器相对于机器人六轴法兰盘中心点的位姿,两种拟合结果都能够达到精度要求。最后,通过MFC完成了铸件清理机器人通信与监控软件通讯、人机界面、自适应算法等三大模块的设计。实现了工控机对工业机器人以及激光位移传感器的控制。
【关键词】：工业机器人 Modbus通信协议 激光位移传感器 手眼标定 人机界面
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 铸铁件清理机器人研究与发展现状10-12
• 1.3 论文主要研究内容与结构12-13
• 1.3.1 主要研究内容12
• 1.3.2 论文结构12-13
• 第2章 铸铁件清理机器人通信与监控系统总体方案设计13-25
• 2.1 引言13-14
• 2.2 可编程逻辑控制器(PLC)14-17
• 2.2.1 PLC的组成与工作原理14-16
• 2.2.2 PLC编程语言16
• 2.2.3 欧姆龙PLC CP1H简介16-17
• 2.3 基于欧姆龙PLC的Modbus-RTU通信17-22
• 2.3.1 Modbus通信与传输17-19
• 2.3.2 Modbus查询和回应周期19-20
• 2.3.3 Modbus-RTU数据帧结构20-21
• 2.3.4 Modbus-RTU主站的分配区域21
• 2.3.5 Modbus-RTU主站的相关特殊辅助继电器21-22
• 2.4 激光位移传感器22-24
• 2.4.1 激光位移传感器的测量原理22-23
• 2.4.2 激光位移传感器的重要参数23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 PLC数据采集与保护系统25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 技术方案25-26
• 3.3 CP1H开发软件CX-Programmer简介26-28
• 3.4 CP1H与变频器通信步骤28-29
• 3.5 台达VFD-VE变频器通讯参数的设置29-32
• 3.6 PLC与变频器通信的软件实现32-33
• 3.7 变频器特征参数提取与分析33-38
• 3.7.1 特征参数的提取33-37
• 3.7.2 特征参数的分析37-38
• 3.8 本章小结38-39
• 第4章 监控系统中手眼标定算法研究39-57
• 4.1 引言39
• 4.2 工业机器人的坐标系39-41
• 4.3 工业机器人位姿描述41-45
• 4.3.1 坐标系在参考坐标系中的描述42
• 4.3.2 刚体的表示42-43
• 4.3.3 坐标变换43-45
• 4.4 机器人基于激光位移传感器的手眼标定45-50
• 4.4.1 基于球面标定算法46-49
• 4.4.2 基于平面标定算法49-50
• 4.5 激光位移传感器的通信过程50-51
• 4.6 激光位移传感器的标定实验51-53
• 4.7 实验结果分析53-56
• 4.7.1 球面标定实验结果分析53-55
• 4.7.2 平面标定实验结果分析55-56
• 4.8 本章小结56-57
• 第5章 铸铁件清理机器人数据采集与监控软件的实现57-63
• 5.1 系统软件设计和需求分析57-58
• 5.2 软件的总体设计58-62
• 5.2.1 软件的开发工具58-59
• 5.2.2 软件的功能设计59-60
• 5.2.3 软件界面设计60-61
• 5.2.4 软件的执行流程61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 结论63-65
• 一、工作总结63-64
• 二、工作展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附录A 攻读学位期间的研究成果70-71
• 附录B 攻读学位期间所参与的科研项目71

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本文编号：1106723