基于WinCE的弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題來源于“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”的科技重大專項(xiàng)。本文的主要工作是進(jìn)行六公斤弧焊機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃算法的研究及控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)弧焊機(jī)器人應(yīng)用廣泛，市場需求巨大，但應(yīng)用的弧焊機(jī)器人大多是從國外公司引進(jìn)的，因此實(shí)現(xiàn)弧焊機(jī)器人的自主研發(fā)設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化有著重要的意義。
　　本文在分析了當(dāng)前國內(nèi)外焊接機(jī)器人及其控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情進(jìn)行設(shè)計(jì)了六公斤新型弧焊機(jī)器人。其相對于第一代示教機(jī)器人在控制系統(tǒng)及其軟件等方

2、面都有了很多改進(jìn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性方面都有很大提高。
　　機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析是弧焊機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃及運(yùn)動控制的基礎(chǔ)。針對6自由度弧焊機(jī)器人的構(gòu)型，考慮到其幾何結(jié)構(gòu)和奇異性問題，采用了幾何投影法與解析法相結(jié)合來求解機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)，這種方法相對于解析法可以大大減少運(yùn)算量，提高算法的實(shí)時(shí)性。本課題采用拉格朗日法求解了弧焊機(jī)器人的動力學(xué)方程。在運(yùn)動學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了弧焊機(jī)器人的雅可比矩陣和奇異位形的分析，為運(yùn)動控制程序算法提供理

3、論依據(jù)。
　　弧焊機(jī)器人的運(yùn)動軌跡規(guī)劃主要是在笛卡爾空間中進(jìn)行的，因?yàn)槠溥\(yùn)動路徑精確。針對笛卡爾空間的運(yùn)動軌跡規(guī)劃，研究了空間直線和圓弧兩種基本的插補(bǔ)算法。在空間直線和圓弧插補(bǔ)的基礎(chǔ)上，研究了弧焊機(jī)器人特有的運(yùn)動形式——擺弧運(yùn)動的空間插補(bǔ)算法，采用的是空間矢量插補(bǔ)方法。
　　目前工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)普遍采用的是Windows XP系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性等方面存在一定問題。針對這一普遍問題，選用嵌入式操作系統(tǒng)解決，考慮到系統(tǒng)及

4、應(yīng)用程序開發(fā)的難易性等選擇了Windows Embedded CE操作系統(tǒng)。通過定制 WinCE操作系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，讓操作系統(tǒng)滿足上位機(jī)控制系統(tǒng)的功能需要。在 WinCE操作系統(tǒng)定制成功的基礎(chǔ)上，按模塊化的設(shè)計(jì)思想，開發(fā)了基于WinCE操作系統(tǒng)的上位機(jī)應(yīng)用程序，主要是完成控制系統(tǒng)的通信等功能。
　　在控制系統(tǒng)調(diào)試完成之后，對弧焊機(jī)器人末端進(jìn)行重復(fù)定位精度測試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說明控制系統(tǒng)性能可靠。最后對弧焊機(jī)器人