發(fā)布時(shí)間：2017-12-14 18:23

  本文關(guān)鍵詞：四自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著工業(yè)4.0的推進(jìn),越來(lái)越多的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上,以代替人工從事重復(fù)、危險(xiǎn)的作業(yè)任務(wù)。本課題以四自由度沖壓上下料工業(yè)機(jī)器人為控制對(duì)象,研究了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制算法及一種基于ARM芯片的低成本、易于使用的高精度嵌入式控制系統(tǒng)。論文的主要內(nèi)容如下:首先,用D-H法構(gòu)建了四自由度工業(yè)機(jī)器人連桿坐標(biāo)系,推導(dǎo)了其正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程;對(duì)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了研究,提出了變插值周期的關(guān)節(jié)空間五次多項(xiàng)式插值實(shí)現(xiàn)算法;針對(duì)7段S形加減速約束條件多及規(guī)劃難度大問(wèn)題,提出了5段S形加減速控制方式;針對(duì)笛卡爾空間軌跡的速度控制問(wèn)題,將直線(xiàn)加減速控制應(yīng)用于直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)中,提出了基于位移等效的速度優(yōu)化算法,該算法通過(guò)調(diào)整加速度和減速度的大小來(lái)消除或減小由于插補(bǔ)方程離散化引起的末端軌跡在加減速點(diǎn)處的速度突變。其次,利用Robotics Toolbox工具箱對(duì)四自由度工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了建模,采用MATLAB GUI設(shè)計(jì)了四自由度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真界面,包含對(duì)工作空間的仿真,正反解的驗(yàn)證仿真,示教仿真和軌跡規(guī)劃的仿真。采用STM32F407作為主控芯片進(jìn)行編程任務(wù),采用MODBUS通訊協(xié)議,設(shè)計(jì)了軟件實(shí)現(xiàn)的總體方案。研究了四自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能模塊及沖壓工藝,使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了四自由度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制程序,包含手動(dòng)示教,回零,自動(dòng)運(yùn)行和聯(lián)機(jī)控制程序,采用由定時(shí)器產(chǎn)生PWM的方式控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng),將運(yùn)動(dòng)學(xué)算法編寫(xiě)到控制器中,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的點(diǎn)位控制和直線(xiàn)、圓弧插補(bǔ)功能。最后,對(duì)四自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試,并搭建了測(cè)試平臺(tái)對(duì)變插值周期五次多項(xiàng)式和速度優(yōu)化算法進(jìn)行測(cè)試分析。調(diào)試及測(cè)試結(jié)果表明:控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定;點(diǎn)位控制的重復(fù)定位精度為±0.01mm;速度優(yōu)化算法減小了加減速點(diǎn)處的速度突變,保證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP242.2

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本文編號(hào)：1288908