机器人轨迹规划与控制及其在工业包装中的应用研究

发布时间：2021-05-15 01:22

　　工业机器人的发展与应用在很大程度上解放了劳动力,让更多的人力去做更智能、更需要灵活操作的工作。而工业机器人则代替人力做高精度和反复性高的工作,这对劳动力的结构优化和高效使用起到了积极促进作用,且生产效率和质量都得到大幅提高。同时配以自动化控制系统与视觉,将会使工业机器人能完成更多种类的作业。由于PLC控制器具有稳定性高、抗干扰能力强、易学易用等优点,被很多工厂用作自动化控制系统的控制器。而控制系统中触摸屏的嵌入,使监控和操作更加方便。本文针对这种高效的生产方式,对工业包装中贴标签机器人的轨迹规划和自动控制系统进行研究。首先,依据贴标签包装机器人的实际参数建立连杆坐标系,并确定D-H参数。利用MATLAB中的rvctools工具箱进行建模,并以SCARA机器人与六轴机器人为研究对象,作正逆运动学求解分析。其次,将轨迹规划分别在关节空间中与笛卡尔空间中进行比对探究,选择在关节空间中对机器人进行轨迹规划。并采用4-3-4次多项式为机器人运动轨迹插值函数,然后用粒子群算法实行优化处理,使其在满足路径、速度、加速度等约束下,完成指定动作流程耗时最短。最后,采用CP1H-X40DT-D型号的PLC... 

【文章来源】：温州大学浙江省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及研究意义
    1.2 工业机器人的研究现状
        1.2.1 工业机器人的发展历程
        1.2.2 工业机器人轨迹规划研究现状
    1.3 PLC的研究与应用
        1.3.1 国内外PLC的研究现状
        1.3.2 在贴标签工艺中PLC的应用
    1.4 主要研究内容与课题来源
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 课题来源
第2章 工业机器人空间描述与运动学
    2.1 工业机器人的空间描述
        2.1.1 欧拉角表示法
        2.1.2 四元数表示法
        2.1.3 旋转矩阵与齐次变换
    2.2 工业机器人正运动学
        2.2.1 正运动学分析
        2.2.2 D-H法与M-DH法
        2.2.3 SCARA机器人D-H参数
        2.2.4 六轴机器人D-H参数
    2.3 工业机器人逆运动学
        2.3.1 SCARA机器人逆运动学求解
        2.3.2 六轴机器人逆运动学求解
    2.4 工业机器人的建模仿真
    2.5 本章小结
第3章 工业机器人轨迹规划与仿真
    3.1 轨迹规划概述
    3.2 关节空间的轨迹插值
        3.2.1 三次多项式插值
        3.2.2 高次多项式插值
        3.2.3 4-3-4 次多项式插值
    3.3 笛卡尔空间的轨迹规划
        3.3.1 直线插补算法
        3.3.2 圆弧插补算法
    3.4 基于PSO的时间最优轨迹规划
        3.4.1 PSO优化原理
        3.4.2 工业机器人轨迹优化问题分析
        3.4.3 规定约束条件
        3.4.4 仿真结果及分析
        3.4.5 优化结果验证
        3.4.6 PSO算法优化的准确率与精度
    3.5 本章小结
第4章 贴标签工艺的控制系统设计
    4.1 贴标签工艺的应用及流程
        4.1.1 贴标签工艺的应用
        4.1.2 贴标签工艺流程
    4.2 贴标签工艺的硬件选择
        4.2.1 PLC的选型及配置
        4.2.2 HMI的选型及配置
        4.2.3 机械手的选型及配置
        4.2.4 相机的选型及配置
        4.2.5 其它硬件的选型及配置
    4.3 贴标签工艺的控制系统软件设计
        4.3.1 I/O端口的分配
        4.3.2 电气原理图的制作
        4.3.3 自动段程序设计
        4.3.4 报警段程序设计
        4.3.5 手动段程序设计
    4.4 本章小结
第5章 贴标签工艺的监控与通信设计
    5.1 HMI程序设计
        5.1.1 HMI程序设计要求
        5.1.2 HMI监控界面设计
        5.1.3 HMI手动界面设计
        5.1.4 HMI报警与安全界面设计
    5.2 机械臂与视觉的通讯
        5.2.1 机械臂程序设计
        5.2.2 视觉与机械手的通讯
    5.3 贴标签包装工艺的设备调试
        5.3.1 HMI手动调试
        5.3.2 设备启动验证
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC技术在电气工程自动化控制中的应用分析[J]. 王宪华.  科技创新与应用. 2019(05)
[2]机器人技术研发与专利分析[J]. Justin Kim.  科学观察. 2018(05)
[3]基于改进蚁群算法的PDC钻头孔位加工轨迹优化[J]. 魏明强,冯欣,杨赫然,孙兴伟.  机械工程与自动化. 2018(05)
[4]工业机器人跑步进入包装产业[J]. 宗述.  绿色包装. 2017(12)
[5]最优解算法综述[J]. 常媛,张志远,罗健,曲径.  土木建筑工程信息技术. 2017(03)
[6]机器人基坐标系精确标定的对偶四元数法[J]. 王刚,刘晓平,高远,韩松.  北京邮电大学学报. 2017(01)
[7]可编程控制器PLC的发展趋势综述[J]. 陈卓.  电子世界. 2016(01)
[8]基于四元数的机械手姿态定向控制[J]. 黄水华,江沛,韦巍,项基,彭勇刚.  浙江大学学报(工学版). 2016(01)
[9]德国“工业4.0”与“中国制造2025”[J]. 贺正楚,潘红玉.  长沙理工大学学报(社会科学版). 2015(03)
[10]德国“工业4.0”:内容、动因与前景及其启示[J]. 丁纯,李君扬.  德国研究. 2014(04)

博士论文
[1]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009

硕士论文
[1]6kg工业机器人路径规划及运动仿真研究[D]. 张文强.合肥工业大学 2017
[2]6R工业机器人轨迹规划算法研究及仿真[D]. 王国龙.浙江工业大学 2016
[3]工业机器人运动控制分析与研究[D]. 祁行行.燕山大学 2014
[4]工业机器人建模、运动仿真与轨迹优化[D]. 李双双.内蒙古大学 2012
[5]工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究[D]. 陈伟华.华南理工大学 2010
[6]基于MATLAB的6自由度工业机器人仿真研究[D]. 陶智量.吉林大学 2009



本文编号：3186674