本文選題：弧焊機器人　切入點：嵌入式運動控制器　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：弧焊機器人作為工業(yè)機器人中使用最為廣泛的一種機器人,其控制系統(tǒng)的研究一直是行業(yè)的熱點。針對常規(guī)示教再現(xiàn)型系統(tǒng)無法滿足復(fù)雜焊縫加工精度的問題,本文基于GUC-T嵌入式運動控制器設(shè)計了一套包括示教再現(xiàn)和視覺傳感自動跟蹤兩大核心功能的六軸弧焊機器人控制系統(tǒng),借此使用者可以利用示教功能進行非焊縫跟蹤任務(wù)的示教,利用視覺功能實現(xiàn)焊縫的自動跟蹤。圍繞該控制系統(tǒng)的設(shè)計本課題展開了以下研究工作:首先基于機器人的功能需求和實際工業(yè)控制場合特點構(gòu)建機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu):針對傳統(tǒng)PC系統(tǒng)體積大、實時性差、抗干擾能力弱的問題,本文采用GUC-T嵌入式運動控制器實現(xiàn)機器人的運動規(guī)劃,同時為了減輕運動控制器的資源負擔,引入顯控一體計算機構(gòu)建視覺處理和任務(wù)規(guī)劃子系統(tǒng)模塊。對弧焊機器人的運動學(xué)模型進行分析。為了滿足弧焊機器人焊接過程中的平穩(wěn)性需求,本文基于雅克比矩陣奇異值分解,提出了一種新的自適應(yīng)動態(tài)阻尼系數(shù)構(gòu)建方式,以此來提高機器人運動規(guī)劃過程中的奇異魯棒性,使得機器人在面對奇異問題時能夠平穩(wěn)過渡,在此基礎(chǔ)上給出了機器人速度級上的閉環(huán)逆解算法。算法通過MATLAB進行仿真驗證,并與傳統(tǒng)的動態(tài)阻尼系數(shù)法進行了對比。同樣是出于對弧焊機器人運動平穩(wěn)性的考慮,在軌跡規(guī)劃時采用正弦曲線優(yōu)化后的S型加減速算法對空間直線和圓弧進行插補。在姿態(tài)規(guī)劃的過程中,引入單位四元數(shù)構(gòu)造五次樣條姿態(tài)曲線來實現(xiàn)姿態(tài)的高階連續(xù)軌跡規(guī)劃。針對示教連續(xù)軌跡銜接處的速度、加速度突變問題,引入五次貝塞爾曲線來構(gòu)造過渡段軌跡,并進行了MATLAB的算法仿真驗證試驗。在視覺跟蹤部分,結(jié)合點結(jié)構(gòu)光掃描式傳感器,構(gòu)建了手眼方式的焊縫視覺跟蹤系統(tǒng),為了提高手眼標定精度,在五點標定法的基礎(chǔ)上利用格拉姆矩陣構(gòu)造矩陣列向量組的線性無關(guān)度度量因子。之后結(jié)合分解速度運動控制給出了焊縫實時糾偏的運動控制算法。最后,在硬件平臺上搭建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境,為嵌入式運動控制器定制和移植了WinCE操作系統(tǒng),并基于“HOST/TARGET”嵌入式軟件開發(fā)模式分別采用QT和VS2008開發(fā)嵌入式Linux環(huán)境和WinCE環(huán)境下的子系統(tǒng)軟件,利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)各硬件單元間的信息通訊,通過實驗驗證了該控制系統(tǒng)的有效性。
[Abstract]:Arc welding robot is one of the most widely used robots in industry. The research of its control system has always been a hot spot in the industry. This paper designs a six-axis arc welding robot control system based on GUC-T embedded motion controller, which includes two core functions: teaching reproduction and visual sensor automatic tracking. With this, the user can use the demonstration function to teach the non-weld tracking task, Based on the design of the control system, the following research work is carried out: firstly, the robot control system is constructed based on the functional requirements of the robot and the characteristics of the actual industrial control situation. Hardware structure: for the traditional PC system volume, In order to reduce the resource burden of motion controller, GUC-T embedded motion controller is used to realize robot motion planning. The visual processing and task planning subsystem module is constructed by introducing the display and control computer. The kinematics model of arc welding robot is analyzed. In order to meet the requirement of stability in the welding process of arc welding robot, Based on the Jacobian matrix singular value decomposition, a new adaptive dynamic damping coefficient construction method is proposed to improve the singular robustness of robot motion planning. On the basis of this, a closed-loop inverse solution algorithm on the velocity level of robot is presented. The algorithm is verified by MATLAB simulation. And compared with the traditional dynamic damping coefficient method, it is also out of the consideration of the stability of the arc welding robot's motion. In the course of trajectory planning, the S-type acceleration and deceleration algorithm after sinusoidal optimization is used to interpolate the spatial straight line and arc. In the process of attitude planning, The cubic spline attitude curve is introduced to realize the high-order continuous trajectory planning of the attitude, and the fifth Bessel curve is introduced to construct the transition trajectory for the problem of the velocity and acceleration abrupt change at the junction of the teaching continuous trajectory. In the part of visual tracking, combining point structured light scanning sensor, the visual tracking system of weld seam in hand-eye mode is constructed, in order to improve the precision of hand-eye calibration, the algorithm of MATLAB is simulated and verified. On the basis of the five-point calibration method, Gramm matrix is used to construct the linear independence measure factor of matrix vector group. Then, a real-time motion control algorithm for weld seam correction is given in combination with decomposed velocity motion control. The embedded software development environment is built on the hardware platform, and the WinCE operating system is customized and transplanted for the embedded motion controller. Based on "HOST/TARGET" embedded software development mode, QT and VS2008 are used to develop subsystem software in embedded Linux environment and WinCE environment, and the information communication between hardware units is realized by TCP/IP protocol. The effectiveness of the control system is verified by experiments.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1572260