论文摘要
工业机器人是实现与人类的手、臂类似功能的机电一体化产品。随着现代工业技术的提高和普及,工业机器人在工业生产领域中得到了越来越广泛的应用。然而,在提高生产效率和降低人工成本的同时,工业机器人在人机协同作业、机器人运动安全性、运动柔顺性、动力学控制等方面尚不够成熟,还不能满足各种不同的使用要求。出于研究和开发需要,为了验证各种运动控制算法,需要开放式的机器人控制平台。然而商品化的工业机器人控制系统普遍采用封闭式架构,不允许用户嵌入自己的控制算法。为此,本论文提出一种垂直六关节工业机器人开放式控制系统的设计。本论文来源于国家自然科学基金项目《通过粘弹性包覆层形变力反馈主动提高机器人安全性》。本文以垂直六关节工业机器人为控制对象,通过构建硬件控制平台和软件设计,实现以PC为核心控制工业机器人的运动,为后续相关机器人研究的开展奠定试验基础。本文首先对垂直六关节工业机器人的正、逆运动学进行建模,利用D-H法建立机器人正运动学模型,确定了机器人各个关节的D-H参数,求解出机器人运动学方程的正解；利用反变换法,求解运动学方程中复杂的耦合关系表达式,逐个求解出机器人运动学方程的逆解。其次,确定以PC+运动控制器的主从模式为机器人的控制系统架构,运动控制器选择美国GALIL公司的DMC-2163,机器人的关节伺服驱动部分采用三菱通用交流伺服MELSERVO-J2-Super系列。分析了机器人位姿信息在不同坐标系之间的变换。对于机器人运动学逆解有多组封闭解的情况,提出了一种优化搜索算法。本文还提出了在空间中建立一个用户自定义的直角坐标系的方法,方便用户更好地实现工作空间中的定位,更好地规划机器人的运动。给出了机器人轨迹规划中的插补算法,提出了在插补过程中综合实现位置插补和姿态插补的算法。以上的研究内容为控制系统的软件设计提供了理论算法。最后,基于机器人所要实现的具体功能,对控制系统的软件部分进行设计。采用面向对象的编程方法,在VC++6.0环境下开发,基于MFC框架设计机器人的操作界面和控制程序。本文为控制程序的主线程设计了两个辅助线程。实际操作试验表明,该控制系统能有效控制机器人实现轨迹跟踪和运动控制功能,各种运动控制算法得到了有效验证。说明控制方案可行,控制程序编程合理有效。