工业机器人轨迹规划控制系统的研究-机械工程专业毕业论文.docx

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Dissertation for the Master Degree in Engineering
STUDY ON INDUSTRIAL ROBOT CONTROL SYSTEM OF TRAJECTORY PLANNING
Candidate:
Li Da
Supervisor:
Pro. Song Baoyu
Academic Degree Applied for:
Master of Engineering
Specialty:
Mechanical Engineering
Affiliation:
School of Mech. and Electrical Eng.
Date of Oral Examination:
June, 2011
University:
Harbin Institute of Technology
摘 要
工业机器人在执行某项操作任务时,往往会附加一些约束条件,如沿指定的路径运动,这就要对机器人的运动轨迹进行规划,而运动轨迹规划的好坏直接影响机器人作业的质量,因此,研究机器人系统运动轨迹的规划尤为重要。针对此点,本文对 Cincinnati T3-746 工业机器人进行轨迹规划的研究,使其按预期的轨迹进行运动,以供机器人等机电一体化教学课程的使用。
本文首先对该机器人的运动学和动力学进行分析,针对实际情况建立运动学模型,推导运动学正反解。根据该课题应用的实际要求,对动力学进行简单的阐述。在 Matlab 环境下,仿真绘制了该关节式机器人的工作空间。
详细分析了机器人轨迹规划相关问题,介绍了在关节空间和笛卡尔空间两种不同的轨迹规划方法,并对两种方法进行优缺点比较。在关节空间中, 利用 Matlab 进行了空间直线插补仿真。
机器人的控制系统采用 PC 机+多 DSP 接口卡的新型硬件结构方案,其中包括基于 DSP 的运动控制卡、利用 XR17D158 芯片设计的 PCI-RS485 接口卡和基于位置反馈硬件等。基于运动控制要求,本文采用基于重力补偿的 PD 控制算法。并对数字 PID 控制算法进行详细介绍,最后根据运动控制要求完成软件的编制。
对机器人位置系统进行分析和标定, 对三个位置关节的动力学项进行的实验识别,这里主要是重力和摩擦力项,在不同位置上进行曲线拟合,设计了基于重力补偿和摩擦补偿的补偿器。介绍上位机的应用程序,它体现在上、下位机的通信,运动学计算等,最后完成直线插补实验,验证底层伺服控制软件的正确性。
关键词:工业机器人;轨迹规划;运动控制;直线插补
Abstract
There are some Constraints such as moving as planned trajectory when industrial robots perform tasks. Then we should make trajectory planning which can improve the precise and stability of the robots movement, so it is very crucial to do research on industrial robots trajectory planning. This thesis concentrates on the research on the trajectory planning of industrial robots Cincinnati T3-746,to make it move as expected and it designs a excellent platform of Mechatronics develops a series of experiments for teaching.
This thesis first Analyzes kinematics and dynamics of this robot and model in Kinematical method and gets Kinematics and inverse solutions. It introduces dynamics of this use Matlab,we get the articulated robot work space.
It analyzes issues related to robot trajectory planning in detail ,introduces joint space and Cartesi