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随着中国制造的全球化和市场竞争的日趋激烈,产品的生产周期已在逐步缩短,客户的要求也日益多样化,许多产品已由传统大批量单品种的生产模式转变为小批量多品种的生产模式。为了适应时代的发展需求,我国的装备制造业正面临着产业的升级换代。工业机器人在先进制造业中起到了不可替代的作用,随着计算机技术和控制技术的发展,它已经成为衡量一个国家制造业水平和科技发展水平的重要标志。本课题中,针对企业实际的发展需要,研究并构建了面向多台数控机床的上下料机器人运动控制系统。
论文首先阐述了课题研究的背景和意义,介绍了上下料机器人国内外研究现状、发展趋势及其分类,对国内外运动控制技术的发展现状和存在的关键问题进行了分析和研究。
其次,根据上下料机器人实际应用的需求,结合双四杆机器人本体结构和实际加工环境的特点,设计了双四杆上下料机器人的工作流程,提出了面向多台数控机床的上下料机器人运动控制系统总体设计方案,对上下料机器人运动控制平台的芯片和电机等硬件部分进行了分析和选型。
然后,利用坐标变换D-H参数法的基本原理,对上下料机器人进行运动学分析和研究。针对上下料机器人双四杆的机构特性,用解析法对双四杆机构末端输出位置进行速度和加速度分析,在ADAMS软件中建立模型对双四杆机构进行运动学仿真,并对上下料机器人的工作空间进行模拟。
再次,概述了关节空间和直角坐标空间两种主要的轨迹规划方法的特点,对上下料机器人工作路径进行了讨论和分析,在拟定的电机控制方案基础上,利用平面矢量分解的方法将直角坐标空间的运动轨迹转换为关节空间变量,并对上下料机器人的关键轨迹进行了分析和研究。
最后,对ARM嵌入式操作系统μClinux进行了移植和配置,在CCS开发环境中对DSP芯片进行了电机控制程序的设计;以DSP运动控制芯片为目标板,对直线插补算法进行了实验验证。
本文对上下料机器人双四杆机构进行了运动学和轨迹规划研究,应用了一种基于ARM+DSP的运动控制方法,验证了上下料机器人运动控制方法的正确性和可行性,同时能够满足数控装备柔性化的实际需求,为后续的物理样机的研究和制造奠定了理论基础。