微装配机器人控制系统设计

论文摘要

微装配机器人是机器人装配工艺和微操作技术相结合的产物。尽管其本身的机构尺寸并非微型,但是却能在一个较小的工作空间(如厘米尺度)实现系统精度达微米甚至纳米级的精密操作。本文在国家自然科学基金和国家863项目的支持下,针对某类亚毫米级微型零件人工装配过程存在着装配精度差、成功率不高、劳动强度大等方面的问题,构建了具有21自由度微装配机器人控制系统,详细论述了该机器人系统的软硬件设计方案。控制系统是微装配机器人完成复杂装配工序的关键系统。论文首先介绍了系统的总体设计方案,阐释了系统的硬件结构。简要介绍了自主研制的两类微夹钳和对应的控制系统。着重讨论了微夹钳控制系统的硬件结构和关键电路。论述了系统的总体控制方案。详细论述了三手协调微操作机械手的定位控制方案和微夹钳的操作控制方案,分析了两者在装配中的作用,给出了各自的控制结构和底层的物理控制信号。定义了系统工作空间的坐标系方向。系统控制软件分解成相应的功能模块,并由这些软件模块组成二个控制阶段,以完成整个微装配过程。提出了一种通用的基于.NET框架的“四层架构”设计模式,简化了各软件模块的编写工作。论述了该模式的特点以及与软件模块的联系。详细论述了“四层架构”中每层在系统软件中所起的作用和实现细节。最后成功地应用了所提出的设计方案构建了具有视觉反馈的微装配机器人系统,介绍了显微视觉系统与控制系统的通讯协议。给出了系统的调试步骤及软件的人机交互界面。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微操作技术的发展
• 1.3 微装配机器人研究现状
• 1.4 论文的课题来源和背景
• 1.5 论文的主要内容
• 2 微装配机器人控制系统设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 设计方案概述
• 2.3 控制系统硬件设计
• 3 微装配机器人控制系统软件结构
• 3.1 引言
• 3.2 总体控制方案
• 3.3 控制软件的模块
• 4 微装配机器人控制系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 .N ET 框架
• 4.3 “四层架构”设计模式
• 5 微装配机器人的应用实例
• 5.1 引言
• 5.2 基于显微视觉的微装配机器人系统
• 5.3 系统调试
• 6 本文总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 存在的问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 攻读学位期间参加的科研项目