三自由度涂胶机器人及其控制系统研制

论文摘要

涂胶机是随着汽车工业中密封工艺的改进而产生和发展的。目前它已广泛应用于汽车、电子封装等行业。研制适应于现代企业柔性化、经济型的涂胶机器人对现代制造业有着非常重要的意义。根据设计要求,该机器人本体设计为具有三个自由度,采用位置精度较好的直角坐标式结构。根据给定的对机器人的行程、速度以及位置精度的要求,文中设计了机器人的传动装置、动力部件和支撑部件。对设计中的相关部件进行了计算校核,并对所有关键部件进行了选型。文中对机器人控制器进行了详细的研究。本控制器采用DSP为主处理器,实现机器人各轴的速度、位置等运动量的控制,同时基于外扩的存储器实现对涂胶任务的存储。DSP片上自带的串行通信接口和CAN通信口为系统的通信方案的实现提供了方便。控制器上采用了一片CPLD器件作为对片上逻辑电路的处理,同时,它还实现对一路电机反馈编码器信号的计数处理,用来作为对一路电机位置的监测。控制器软件采用前后台结构,主循环主要处理各个任务的调度,中断则用于对实时性要求严格的任务进行处理,而且在机器人工作的不同阶段,对任务的优先级进行了调整,这样保证了系统的实时性和对位置的精确控制。设计中选择了一款ARM嵌入式模块作为控制器主体。该嵌入式模块预装有Windows CE操作系统,这样就保证了示教盒的稳定可靠。同时,其Windows的显示风格保证了界面的友好。LCD和标准键盘的选用更加体现了示教盒的美观与可靠性的设计思想。插补算法一直是机器人技术研究的一个重点领域。本文对NURBS插补算法的研究及其在涂胶机器人的控制中的应用是对机器人高速,高精度位置控制的一个探索。对涂胶机器人的加工速度和位置精度均有很大的提高。本文通过对机器人关键技术的研究及其在涂胶控制中的应用,很好的提高了机器人的各方面性能,满足了设计的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 涂胶机器人发展现状及分类
• 1.3.1 涂胶机器人国内外发展现状
• 1.3.2 涂胶机器人的分类
• 1.4 涂胶技术分类
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 机器人插补技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 插补计算原理
• 2.2.1 数字积分法
• 2.2.2 时间分割插补法
• 2.2.3 NURBS 插补原理
• 2.2.4 NURBS 曲线自适应插补算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 机器人本体设计
• 3.1 引言
• 3.2 设计基本要求
• 3.3 导轨副的选型计算
• 3.3.1 Z 轴计算
• 3.3.2 Y 轴计算
• 3.3.3 X 轴计算
• 3.4 丝杠的计算
• 3.5 轴承的选择
• 3.6 电机的选择
• 3.6.1 电机选择过程
• 3.6.2 计算实例
• 3.7 本章小结
• 第4章 控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制器总体方案
• 4.3 控制器硬件设计
• 4.3.1 DSP 芯片2812 介绍
• 4.3.2 系统电源设计
• 4.3.3 存储器扩展电路
• 4.3.4 输出数/模转换电路
• 4.3.5 CPLD 处理电路
• 4.3.6 外部接口电路
• 4.3.7 键盘及显示电路
• 4.3.8 差分信号处理电路
• 4.3.9 输入输出隔离电路
• 4.4 控制器软件设计
• 4.4.1 任务调度程序设计
• 4.4.2 中断服务程序
• 4.4.3 插补计算
• 4.4.4 位置控制
• 4.4.5 通讯处理
• 4.5 本章小结
• 第5章 示教盒设计
• 5.1 引言
• 5.2 示教盒硬件设计
• 5.2.1 EM9000 模块介绍
• 5.2.2 键盘设计
• 5.2.3 显示器设计
• 5.3 示教盒软件设计
• 5.3.1 Windows CE 及其开发工具简介
• 5.3.2 示教盒的软件结构
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢