四自由度工业机器人运动学分析及控制系统研究

发布时间：2017-12-14 18:23

  本文关键词：四自由度工业机器人运动学分析及控制系统研究

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【摘要】：随着工业4.0的推进,越来越多的工业机器人被应用到自动化生产线上,以代替人工从事重复、危险的作业任务。本课题以四自由度冲压上下料工业机器人为控制对象,研究了机器人的运动控制算法及一种基于ARM芯片的低成本、易于使用的高精度嵌入式控制系统。论文的主要内容如下:首先,用D-H法构建了四自由度工业机器人连杆坐标系,推导了其正逆运动学方程;对机器人的轨迹规划进行了研究,提出了变插值周期的关节空间五次多项式插值实现算法;针对7段S形加减速约束条件多及规划难度大问题,提出了5段S形加减速控制方式;针对笛卡尔空间轨迹的速度控制问题,将直线加减速控制应用于直线和圆弧插补中,提出了基于位移等效的速度优化算法,该算法通过调整加速度和减速度的大小来消除或减小由于插补方程离散化引起的末端轨迹在加减速点处的速度突变。其次,利用Robotics Toolbox工具箱对四自由度工业机器人进行了建模,采用MATLAB GUI设计了四自由度工业机器人的运动学仿真界面,包含对工作空间的仿真,正反解的验证仿真,示教仿真和轨迹规划的仿真。采用STM32F407作为主控芯片进行编程任务,采用MODBUS通讯协议,设计了软件实现的总体方案。研究了四自由度工业机器人控制系统的功能模块及冲压工艺,使用C语言编写了四自由度工业机器人的运动控制程序,包含手动示教,回零,自动运行和联机控制程序,采用由定时器产生PWM的方式控制伺服电机的运动,将运动学算法编写到控制器中,实现了机器人的点位控制和直线、圆弧插补功能。最后,对四自由度工业机器人控制系统进行了调试,并搭建了测试平台对变插值周期五次多项式和速度优化算法进行测试分析。调试及测试结果表明:控制系统运行稳定;点位控制的重复定位精度为±0.01mm;速度优化算法减小了加减速点处的速度突变,保证了机器人运动的平稳。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242.2

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本文编号：1288908