工业机器人体系结构及其在焊接切割机器人中的应用研究

论文摘要

本文分析了当代工业机器人的体系结构、控制系统形式以及基于PC的控制器模式,以上结果为工业机器人控制系统的初步设计提供了有效的技术支持,并降低了系统因设计不合理而导致重新设计的可能性。对于分布式焊接切割机器人的系统设计,本文提出了采用现场总线(CAN总线)作为上位机与下位机的通讯总线。详细说明了CAN总线的电气特点、帧结构以及基于CAN总线的机器人控制系统结构。详细论述了该机器人所采用的控制系统结构、控制模式及其硬件结构。着重说明了机器人上位机的软件和硬件设计。上位机是该机器人系统的计算和控制中心。对于上位机系统的设计,采用了瀑布式设计方法,可以实现软件和硬件的同时设计,有利于缩短系统的开发时间。上位机应用程序的设计采用了基于软件体系结构风格的设计方法,包括面向对象和数据抽象风格、分层风格等,详细说明了各种风格的特点、优缺点及其在机器人中的应用、实现方法等。软件体系结构风格的使用有利于提高软件系统的灵活性和重用性,降低系统重复开发,同时也提高了系统的灵活性。此外,还说明了机器人系统轨迹规划的计算和CAN通讯协议的制定。最后,介绍了该机器人系统的实验和实际生产效果,表明该机器人系统满足工业生产要求,降低劳动强度,提高了生产效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 工业机器人体系结构的研究
• 1.3 工业机器人开放性的研究
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 工业机器人控制系统结构
• 2.1 机器人体系结构的典型形式
• 2.2 工业机器人控制系统的组成形式
• 2.2.1 工业机器人控制系统的形式
• 2.2.2 基于PC的工业机器人控制模式
• 2.3 开放式控制系统
• 2.3.1 开放式控制系统的含义和特点
• 2.3.2 典型开放式控制系统模型
• 2.4 嵌入式系统设计
• 2.4.1 嵌入式系统的应用模型
• 2.4.2 嵌入式系统的设计方法
• 2.5 小结
• 第3章 分布式机器人系统的相关技术
• 3.1 CAN总线通讯系统
• 3.1.1 机器人采用CAN总线的原因
• 3.1.2 CAN总线的性能特点和技术规范
• 3.1.3 基于CAN总线的机器人系统结构
• 3.2 上位机操作系统设计
• 3.2.1 嵌入式操作系统的选择
• 3.2.2 Windows CE操作系统在工业机器人中的应用
• 3.2.3 Windows CE操作系统体系结构和定制
• 3.3 应用软件设计方法
• 3.3.1 基于软件体系结构风格的设计方法
• 3.3.2 动态链接库的使用
• 3.4 小结
• 第4章 焊接切割机器人系统实现
• 4.1 机器人系统总体要求
• 4.2 机器人机械结构
• 4.2.1 机器人操作臂的工作空间形式
• 4.2.2 机器人机械结构
• 4.3 机器人控制系统的体系结构
• 4.3.1 系统控制层的设计
• 4.3.2 伺服和数据采集层的设计
• 4.4 小节
• 第5章 上位机应用程序的设计
• 5.1 应用程序的软件体系结构
• 5.2 机器人切割和焊接工艺
• 5.2.1 切割工艺
• 5.2.2 焊接工艺
• 5.3 机器人轨迹规划
• 5.3.1 理论曲线的计算
• 5.3.2 示教数据的插补处理
• 5.3.3 切割工艺对轨迹的影响
• 5.3.4 焊接工艺对轨迹的影响
• 5.3.5 动态链接库的使用
• 5.4 上位机通讯程序
• 5.4.1 PCI-CAN卡的使用
• 5.4.2 CAN总线通讯协议的制定
• 5.5 机器人控制系统界面
• 5.6 焊接试验
• 5.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢