相貫線切割機(jī)器人作業(yè)單元關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文密切結(jié)合新型5自由度混聯(lián)機(jī)器人TriVariant-B的鋼管相貫線切割應(yīng)用，系統(tǒng)的研究了該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與工作空間分析、空間連續(xù)軌跡規(guī)劃、控制系統(tǒng)開發(fā)及鋼管相貫線切割工藝等相關(guān)理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)，論文取得如下創(chuàng)造性成果： □采用矢量法建立TriVariant-B混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并基于避免干涉和奇異位形的考慮，在末端執(zhí)行器逆解多解中正確選擇了合理解。采用Newton-Raphson法構(gòu)造出2自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置

2、正解數(shù)值算法，并用C語(yǔ)言和LabVIEW環(huán)境開發(fā)了用于機(jī)器人末端位姿實(shí)時(shí)監(jiān)控的位置正解軟件模塊。計(jì)算結(jié)果表明，在本文開發(fā)的控制系統(tǒng)中，位置正解運(yùn)算時(shí)間為35μs，滿足了實(shí)時(shí)性要求。在此基礎(chǔ)上，建立了混聯(lián)機(jī)器人的速度映射模型，進(jìn)而為后續(xù)軌跡規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制提供了運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)。 □根據(jù)機(jī)器人尺度參數(shù)和鉸鏈運(yùn)動(dòng)范圍約束條件，建立了工作空間邊界約束方程，得到TriVariant-B機(jī)器人的可達(dá)位置空間。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用極坐標(biāo)描述方法，構(gòu)造出

3、可達(dá)位置空間內(nèi)部任意點(diǎn)的姿態(tài)空間模型。利用上述模型可保證末端執(zhí)行器在工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性，進(jìn)而為軌跡規(guī)劃提供了重要依據(jù)。 □在獨(dú)立規(guī)劃點(diǎn)和矢量軌跡的基礎(chǔ)上，提出了一種基于點(diǎn)矢復(fù)合運(yùn)動(dòng)的時(shí)間同步規(guī)劃算法和軌跡段間過(guò)渡算法，保證了末端執(zhí)行器位姿運(yùn)動(dòng)的同步和軌跡過(guò)渡問(wèn)題。針對(duì)任意空間曲線和參數(shù)化空間曲線，提出一種基于耦合速度曲線的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法和軌跡插補(bǔ)算法，在二階近似條件下可獲得理想的軌跡精度，進(jìn)而將操作空間軌跡映射到關(guān)節(jié)空

4、間后，利用分段三次樣條函數(shù)可得到C2連續(xù)的高精度實(shí)時(shí)控制軌跡。 □基于PC+Motion Controller構(gòu)建出TriVariant-B混聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)核心硬件平臺(tái)，并結(jié)合切割、焊接、噴涂、輕型加工、裝配及搬運(yùn)等多種應(yīng)用場(chǎng)合，利用可重構(gòu)思想設(shè)計(jì)了控制軟件的邏輯架構(gòu)。應(yīng)用圖形化編程環(huán)境LabVIEW實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人控制軟件的模塊化與層次化設(shè)計(jì)，開發(fā)了控制系統(tǒng)回零、軌跡控制、點(diǎn)動(dòng)控制、在線仿真、網(wǎng)絡(luò)通訊等核心功能。這種基于數(shù)據(jù)流的