液压支架焊接机器人本体和控制系统研究

论文摘要

针对国内液压支架焊接生产过程中存在的生产效率低、劳动强度大、焊接质量不高等问题,设计了一种六自由度坐标-关节式液压支架焊接机器人。该焊接机器人设计采用车载悬臂式结构,利用行走小车直线移动和机械臂关节的平移和旋转运动,调整焊枪的位置和姿态,实现焊枪的焊接运动。对设计的焊接机器人进行了运动学分析,用D-H法建立了坐标变换矩阵,推算出了运动方程的正、逆解,为机器人运动规划和轨迹控制奠定了基础。焊接机器人运动控制系统采用IPC和美国Deltu Tau Data System公司生产的高性能伺服运动控制器PMAC运动控制卡作为控制核心,充分利用计算机丰富的资源和PMAC强大的实时处理功能进行开发研究,实现了双CPU开放式控制系统,为提高机器人系统的控制精度和实时性提供了保障。利用LabVIEW虚拟仪器开发平台、PMACPanel软件包以及动态链接库（Pmac.dll）相结合,开发了友好的焊接机器人上位机界面。通过对PMAC卡内部自带的插补功能模块、PID控制模块和PMAC内置的PLC逻辑控制模块的调用和开发,实现对机器人的运动控制。研究表明,该焊接机器人设计合理,结构紧凑,适用于复杂结构的焊接;基于IPC和PMAC的双CPU开放式控制系统,大大缩短了系统开发周期;控制软件人机界面友好、系统调试方便,为机器人提供了丰富、可靠的控制算法。本文的研究成果为对进一步研发我国液压支架焊接机器人奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 焊接机器人国内外研究的现状及发展趋势
• 1.2.1 焊接机器人国外研究现状
• 1.2.2 焊接机器人国内研究现状
• 1.2.3 焊接机器人发展趋势
• 1.3 液压支架焊接机器人关键技术
• 1.4 研究的主要内容
• 2 液压支架焊接机器人本体设计
• 2.1 液压支架焊接工件特点和工作要求
• 2.1.1 焊接对象尺寸
• 2.1.2 液压支架正确选择焊接规范
• 2.1.3 液压支架焊接工艺参数选定
• 2.1.4 液压支架焊接机器人要求
• 2.2 焊接机器人的基本组成
• 2.3 焊接机器人结构和驱动方式选择
• 2.3.1 焊接机器人结构选择
• 2.3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择
• 2.4 焊接机器人关键部件设计
• 2.4.1 机器人腕部关节的设计
• 2.4.2 小臂回转关节交流伺服电机和谐波减速器的选择
• 2.4.3 大臂设计
• 2.4.4 机器人腰部设计
• 2.4.5 焊接机器人行走小车设计
• 2.5 本章小结
• 3 液压支架焊接机器人运动学分析及轨迹规划
• 3.1 概述
• 3.1.1 机器人运动方程的表示
• 3.1.2 坐标系的建立
• 3.2 液压支架焊接机器人正运动学方程
• 3.3 运动学方程的求解
• 3.4 焊接机器人轨迹规划
• 3.4.1 焊接机器人轨迹规划技术
• 3.4.2 轨迹规划表示法
• 3.4.3 轨迹控制
• 3.5 本章小结
• 4 液压支架焊接机器人控制系统
• 4.1 焊接机器人总体控制方案
• 4.2 焊接机器人控制系统硬件设计
• 4.3 运动控制卡PMAC 简介
• 4.3.1 PMAC 硬件结构及性能
• 4.3.2 PMAC 特点和主要功能
• 4.3.3 PMAC 多轴运动控制卡软件组成
• 4.4 PID 控制工作原理及其特点
• 4.4.1 经典的负反馈系统
• 4.4.2 PMAC 控制器PID 滤波器工作原理
• 4.4.3 PMAC 运动控制卡PID 自动调整步骤
• 4.5 焊接机器人控制系统软件设计
• 4.5.1 LabVIEW 开发软件
• 4.5.2 软件结构
• 4.5.3 PLC 程序和运动程序编写
• 4.5.4 人机界面的设计
• 4.6 系统抗干扰措施
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录