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文檔簡介
1、隨著中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型以及人口紅利的消失,工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中逐漸普及開來。工業(yè)機(jī)器人具有柔性生產(chǎn),降低工人勞動強(qiáng)度,保護(hù)工人安全和節(jié)約人力成本的優(yōu)點,是先進(jìn)制造業(yè)中不可缺少的自動化設(shè)備。而離線編程與仿真系統(tǒng)是在計算機(jī)環(huán)境下,實現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)的虛擬仿真與離線編程。其能提高機(jī)器人的作業(yè)效率,改善作業(yè)質(zhì)量與保證作業(yè)安全。
本課題的研究對象為六軸工業(yè)機(jī)器人的離線編程與仿真系統(tǒng),其由人機(jī)接口、算法庫、狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)保存以及通訊接
2、口模塊構(gòu)成。其中,算法庫是核心,配合其他模塊完成作業(yè)的虛擬仿真與離線編輯。人機(jī)接口由作業(yè)模塊與仿真顯示模塊構(gòu)成。其中,作業(yè)模塊根據(jù)機(jī)器人語言離線編輯作業(yè),仿真顯示模塊則虛擬顯示機(jī)械臂作業(yè)過程。狀態(tài)監(jiān)測模塊監(jiān)測作業(yè)過程中的關(guān)節(jié)超限情況。其他模塊,如數(shù)據(jù)分析模塊用于分析關(guān)節(jié)變化,數(shù)據(jù)保存模塊用于保存作業(yè),通訊接口模塊用于PC與運動控制卡間的通訊。本文主要進(jìn)行了以下研究工作:
第二章中,以離線編程與仿真系統(tǒng)的基本組成和機(jī)械臂控制原理
3、為切入點,研究了系統(tǒng)的架構(gòu)和相關(guān)控制算法。
首先,分析了系統(tǒng)的組成與架構(gòu),闡明了各個模塊的功能。介紹了六軸機(jī)械臂的數(shù)學(xué)建模原理,就空間剛體的位姿描述,齊次坐標(biāo)系的變換以及連桿坐標(biāo)系的建立,進(jìn)行了詳細(xì)的說明,并對項目所用的SIASUN_V1機(jī)械臂建立了D-H模型。由此闡述了正逆運動學(xué)原理,推導(dǎo)了基于分塊矩陣的逆運動學(xué)算法。對逆運動學(xué)的多解性進(jìn)行了分析,并給出其唯一解的確定方法。
其次,為實現(xiàn)軌跡規(guī)劃,就機(jī)械臂末端位姿規(guī)
4、劃和關(guān)節(jié)角度規(guī)劃分別進(jìn)行了討論。其中,對于位置規(guī)劃,介紹了空間直線、圓弧和NURBS自由曲線的規(guī)劃原理;對于姿態(tài)規(guī)劃,分析了其等效性,給出基于單位四元數(shù)的姿態(tài)描述方法,提出了C2連續(xù)并且旋轉(zhuǎn)可控的姿態(tài)規(guī)劃算法;對于關(guān)節(jié)空間規(guī)劃,介紹了C2連續(xù)的5次多項式規(guī)劃原理。
然后,基于本項目的開發(fā)需要,介紹了LabVIEW Robotics和MathScriptRT開發(fā)環(huán)境或工具包。
第三章中,詳細(xì)論述了離線編程與仿真系統(tǒng)中各
5、個模塊的設(shè)計思路與實現(xiàn)方法。
首先,結(jié)合實際項目需求,對系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計與模塊劃分。確定了“LabVIEW Robotics+Matlab+CAD”的模式作為軟件開發(fā)平臺,并詳細(xì)闡明了程序設(shè)計模式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
其次,對各個模塊的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。對于仿真模塊,規(guī)定其構(gòu)建模式,給出了虛擬場景與機(jī)械臂的構(gòu)建過程。對于算法庫,實現(xiàn)與驗證了正運動學(xué)、空間直線圓弧規(guī)劃、NURBS自由曲線規(guī)劃以及關(guān)節(jié)空間角度規(guī)劃算法。以
6、SIASUN_V1的D-H模型為基礎(chǔ),實現(xiàn)并驗證了基于分塊矩陣的逆運動學(xué)算法。以Take_Robot_V1為基礎(chǔ),實現(xiàn)與驗證了C2連續(xù)并且旋轉(zhuǎn)可控的姿態(tài)規(guī)劃算法。對于狀態(tài)監(jiān)測模塊,給出了關(guān)節(jié)限位原理,并對機(jī)械臂末端位置調(diào)試,姿態(tài)調(diào)試以及單關(guān)節(jié)調(diào)試過程中的限位處理,進(jìn)行了詳細(xì)的分析與實現(xiàn)。對于作業(yè)模塊,給出機(jī)器人語言相關(guān)內(nèi)容,針對項目需求以及實際進(jìn)展,設(shè)定了機(jī)械臂控制指令并構(gòu)建了作業(yè)編輯環(huán)境。另外,介紹了數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析與通訊接口模塊的
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