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目前,制造业普遍存在着产品数量少和种类多样化的问题。由于产品数量的减少,自动化生产变得更加昂贵,而工业机器人技术是人工生产的替代者之一,具有广泛的应用前景。编程系统是工业机器人控制器的核心功能模块,也是研究机器人系统最困难、最关键的问题之一。
针对目前工业机器人编程系统存在的扩展性、可编程性不高及对环境感知能力较弱的问题,基于现代PC技术的发展,本文提出了PC+DSP结构的机器人编程系统的整体架构,并对六自由度工业喷涂机器人语言编程方法、运动控制、以及示教编程方法等内容展开研究。本课题研究项目获广州数控设备有限公司资金资助。
本文首先对机器人编程系统体系结构进行分析,并采用PC-Based模式构建了系统的硬件平台。同时,对机器人编程系统进行需求分析,提出了整个机器人编程系统的软件结构,并描述了各个模块的功能。
基于机器人运动学的模型,本文运用D-H变换推导出运动学正解、逆解的求解,并对空间直线和圆弧的轨迹规划算法进行了分析,以抛物线拟合了插补的起始区域和终止区域,保证了连续插补情况下轨迹的平滑,为机器人编程系统的设计提供了运动学上的依据。
本文详细讨论了机器人编程系统软件中机器人编程语言、示教编程和机器人语言解释器功能模块的实现。提出并总结了机器人语言的编程规范,为喷涂机器人语言编程操作提供了指导。分析了示教盒的运行流程和手动移动机器人、示教编程和示教再现操作的方法。
最后,在华南理工大学机器人研究所和广州数控设备有限公司联合研制的六自由度喷涂机器人平台上,对编程系统的各个功能模块进行了一系列测试,包括人机交互界面、直线运动和圆弧运动等在线示教编程的实验。结果表明,该机器人编程系统能够方便灵活的完成编制程序、操作机器人等作业,达到了预期的要求。
本文研究成果可以用于构建工业机器人的控制系统,促进制造业的发展和社会生产率的提高。