机器人同步三维激光切割系统的设计与实现

发布时间：2017-03-29 08:13

  本文关键词：机器人同步三维激光切割系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前国内汽车模具产业仍存在智能与标准化水平低、生产周期长以及使用寿命短等问题,而采用机器人三维激光切割技术进行钣金类工件的加工,可大大缩短研发周期,提高产品生产效率。激光加工技术与工业机器人技术的结合是现代先进加工制造技术发展的必然趋势之一。同时,随着复杂形状和大尺寸工件需求的日益增长,也带动了外部轴技术的发展和应用,引入外部轴,可增加系统的自由度,拓展系统有效工作空间,大幅度提高产品设备的生产竞争力。本文的研究方向与工作内容主要围绕机器人同步三维激光切割系统的设计与实现进行展开。(1)对机器人激光切割及其关键技术点进行研究和分析,提出机器人同步三维激光切割系统的设计方案,并对机器人进行运动学分析和工作空间的仿真测试;对机器人运动方式和速度参数,以及切割质量的影响因素展开研究和讨论,给出工艺参数的数据库管理模式,为本文系统方案的实现奠定理论基础。(2)分析机器人与外部轴同步运动控制的功能需求和技术要点,完成系统核心程序,即外部轴同步运动控制程序的框架构建和思路设计。基于机器人编程软件,使用VAL3编程语言完成系统程序的设计与编程,包括机器人与外部轴的同步运动控制、人机交互以及产品数据管理与自动生产等多项功能的实现。(3)讨论工具碰撞的一般问题以及TCP小幅度修正的功能需求,引入参考法兰坐标系,提出基于世界坐标系的TCP直观修正补偿算法,使用VAL3编程语言完成TCP直观修正程序的设计与编写,给出程序操作示例。同时,提出基于机器人的外部轴标定算法,推导三点标定直线轴和四点标定旋转轴的一般标定算法,同样使用VAL3语言完成机器人外部轴标定程序的设计与编写。(4)完成系统平台的搭建与通讯调试,并进行实验测试。测试结果表明,使用TCP修正补偿程序,可减小TCP旋转误差至0.5mm以内,直径10毫米圆度误差小于0.3mm;使用机器人外部轴标定程序,同步直线的直线度误差小于0.2mm。针对同步路径的起始偏差现象,基于速度和加速度设计正交实验,实验结果表明降低起始阶段的加速度和速度数值,可减小同步拟合路径的起始偏差,且加速度的影响大于速度的影响。
【关键词】：机器人 同步 激光切割 TCP修正 外部轴标定
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TG485
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究的背景与意义10-12
• 1.1.1 激光切割与工业机器人10-11
• 1.1.2 研究目的与意义11-12
• 1.2 国内外关键技术研究现状12-17
• 1.2.1 三维激光切割系统研究现状12-13
• 1.2.2 机器人激光切割部分关键技术研究现状13-17
• 1.3 论文主要技术路线和工作内容17-19
• 第二章 机器人同步三维激光切割系统19-30
• 2.1 机器人与激光切割系统19-21
• 2.1.1 工业机器人系统19-20
• 2.1.2 光纤激光切割系统20
• 2.1.3 机器人三维激光切割系统20-21
• 2.2 机器人同步三维激光切割系统的组成与工作原理21-24
• 2.2.1 同步三维激光切割系统的组成21-22
• 2.2.2 同步三维激光切割系统的工作原理22-24
• 2.3 机器人正运动学方程与工作空间24-30
• 2.3.1 RX160型机器人24-25
• 2.3.2 机器人的正运动学方程25-28
• 2.3.3 机器人的工作空间28-30
• 第三章 轨迹效果与切割质量的影响因素30-40
• 3.1 机器人运动方式与速度参数30-36
• 3.1.1 机器人基本运动方式30-31
• 3.1.2 史陶比尔机器人的运动方式与结构型速度变量31-33
• 3.1.3 机器人运动方式与速度参数的选择33-36
• 3.2 激光切割质量的影响因素36-38
• 3.2.1 光纤激光切割的基本原理与切割方式36-37
• 3.2.2 影响切割质量的工艺参数37-38
• 3.3 工艺参数的数据库管理模式38-40
• 第四章 外部轴同步运动控制程序的设计与编写40-49
• 4.1 机器人与外部轴的通讯及参数配置40-41
• 4.1.1 CANOPEN通讯与结构分层40
• 4.1.2 机器人与外部轴的参数配置40-41
• 4.2 同步控制程序的设计思路与框架41-44
• 4.2.1 程序的设计思路41-43
• 4.2.2 产品结构与路径参数43
• 4.2.3 程序的基本功能框架43-44
• 4.3 同步运动控制程序的编写与界面设计44-49
• 4.3.1 同步执行任务44-45
• 4.3.2 同步任务的运行时序与规则45-46
• 4.3.3 同步运动控制程序的用户界面设计46-49
• 第五章 系统的TCP修正补偿与外部轴标定49-64
• 5.1 TCP一般标定方法与问题分析49-51
• 5.1.1 TCP的一般标定方法49
• 5.1.2 TCP碰撞问题分析49-50
• 5.1.3 TCP的小幅度修正补偿需求50-51
• 5.2 基于世界坐标系的TCP直观修正补偿算法51-56
• 5.2.1 TCP的一般表示方法和参考法兰的引入51-52
• 5.2.2 直观修正算法推导52-54
• 5.2.3 程序设计与操作示例54-56
• 5.3 机器人外部轴标定程序56-64
• 5.3.1 外部轴的基本分类56-58
• 5.3.2 外部轴的标定算法58-61
• 5.3.3 外部轴标定程序的编程思路与程序设计61-64
• 第六章 系统平台的实现与测试64-78
• 6.1 同步三维激光切割系统的实现64-68
• 6.1.1 系统平台的搭建与通讯调试64-67
• 6.1.2 系统的基本运行流程67-68
• 6.2 TCP修正与外部轴标定测试68-74
• 6.2.1 测试目的与方法68-70
• 6.2.2 TCP修正与外部轴标定70-74
• 6.2.3 测试小结74
• 6.3 速度参数对路径起始偏差的影响测试74-78
• 6.3.1 测试目的与方法74-75
• 6.3.2 速度参数对起始偏差影响测试75-77
• 6.3.3 测试小结77-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 总结78-79
• 7.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间的研究成果85

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