关节臂式机器人示教轨迹采集系统设计与实现

发布时间：2017-05-17 01:07

  本文关键词：关节臂式机器人示教轨迹采集系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了解决机器人喷涂轨迹示教方式繁琐的缺点,本文提出并实现了通过示教辅助装置进行喷涂轨迹离线示教的新方法。该示教辅助装置具有6个自由度,各关节上安装一个绝对式编码器,示教时采用拖动引导的方式获取喷涂轨迹,在编码器记录下各关节轴角度的同时,数据内容通过RS-485总线传输,并在上位机上进行角度换算和数据优化、存储,通过坐标变换,实现机器人轨迹再现。首先,对示教辅助装置的设计。为了让示教点更加稳定,使用阻尼器增大连接件之间的摩擦,消振消能。根据FANUC M-10iA型喷涂机器人参数,建立关节臂正运动学模型,并在此基础上,运用MATLAB仿真软件,通过随机生成空间点的方式,仿真出关节臂的工作空间点云模型,验证了其工作空间的有效性。其次,基于STM32芯片设计实现集示教轨迹优化、图形仿真于一体的示教轨迹采集系统。在Visual C++6.0的MFC的开发环境下,调用OpenGL的图形库函数,实现了关节臂模型图形仿真和轨迹再现。根据编码器输出形式,定义信息帧格式,经上位机解析串口内容,换算为各轴关节转角值,数据经过限幅滤波、失速保护等优化处理后,自动生成机器人可读的示教文本程序。最后,搭建实验平台,通过理论分析和实验验证,确定示教轨迹采集系统的正确性,并完成了机器人复现示教轨迹的实验,通过MATLAB仿真软件的轨迹分析,得出了编码器误差权重等级,为进一步改进示教轨迹采集系统奠定了基础。
【关键词】：喷涂 示教轨迹 编码器 串口 图形仿真
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 课题背景及研究目的和意义14-15
• 1.2 机器人的示教分类15-18
• 1.2.1 在线示教17-18
• 1.2.2 离线示教18
• 1.3 示教技术的研究现状18-22
• 1.3.1 在线示教国内外研究现状18-19
• 1.3.2 离线编程国内外研究现状19-22
• 1.4 本文课题来源及研究内容22-25
• 1.4.1 本文组织结构24
• 1.4.2 本文各章节主要内容24-25
• 1.5 本章小结25-26
• 第二章 示教轨迹采集系统总体规划26-30
• 2.1 需求分析与功能设计26-28
• 2.2 系统总体方案设计28
• 2.3 关节臂轨迹采集系统行业应用分析28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 关节臂示教原理30-37
• 3.1 关节臂正运动学模型建立30-32
• 3.2 关节臂工作空间分析32-34
• 3.3 关节臂编码器34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 示教轨迹采集系统硬件电路设计37-48
• 4.1 硬件总体设计37
• 4.2 微处理器主控电路设计37-38
• 4.2.1 采集系统微处理器芯片37-38
• 4.3 电源电路设计38-40
• 4.3.1 供电方案38-39
• 4.3.2 电源模块电路设计39-40
• 4.4 微控制器外围电路设计40-43
• 4.4.3 时钟产生电路40-41
• 4.4.4 复位电路41-42
• 4.4.5 调试电路42
• 4.4.6 启动电路42-43
• 4.5 信号采集电路设计43-46
• 4.5.1 编码器反馈电路设计43-45
• 4.5.2 键盘输入电路设计45-46
• 4.6 总线电路设计46
• 4.6.1 RS-485总线电路设计46
• 4.7 本章小结46-48
• 第五章 示教采集系统软件总体设计48-68
• 5.1 示教采集软件设计概述48-49
• 5.2 示教关节臂轨迹采集系统数据传输49-52
• 5.2.1 串口数据传输49-52
• 5.3 上位机数据优化处理与轨迹仿真52-66
• 5.3.1 收发串口信息与数据处理52-56
• 5.3.2 编码器角度数据的转换56-58
• 5.3.3 角度数据及角速度优化58-61
• 5.3.4 示教轨迹程序生成61-62
• 5.3.5 上位机仿真轨迹实现62-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 示教采集系统平台搭建与实验68-82
• 6.1 关节臂轨迹采集平台搭建68-71
• 6.1.1 关节臂编码器安装68-69
• 6.1.2 关节臂编码器接线69-70
• 6.1.3 关节臂采集盒70
• 6.1.4 示教关节臂轨迹采集软件70-71
• 6.2 关节臂轨迹采集系统测试71-73
• 6.2.1 编码器检测71-73
• 6.3 关节臂的标定73-77
• 6.3.1 零点标定74
• 6.3.2 姿态标定74-77
• 6.4 示教轨迹仿真再现和机器人轨迹再现实验77-79
• 6.4.1 典型轨迹的示教再现77-79
• 6.5 关节臂安装误差分析79-81
• 6.6 本章小结81-82
• 结论与展望82-83
• 参考文献83-88
• 致谢88-89
• 附录1 编码器收发数据表89-90
• 附录2 采集系统换算的编码器角度值90-91
• 附录3 上位机解析数据程序91-99

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