相貫線切割機器人作業(yè)單元關鍵技術研究.pdf

1、本文密切結合新型5自由度混聯(lián)機器人TriVariant-B的鋼管相貫線切割應用，系統(tǒng)的研究了該機器人運動學與工作空間分析、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理論、方法和關鍵技術，論文取得如下創(chuàng)造性成果： □采用矢量法建立TriVariant-B混聯(lián)機器人機構的運動學模型，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法構造出2自由度球面并聯(lián)機構的位置

2、正解數(shù)值算法，并用C語言和LabVIEW環(huán)境開發(fā)了用于機器人末端位姿實時監(jiān)控的位置正解軟件模塊。計算結果表明，在本文開發(fā)的控制系統(tǒng)中，位置正解運算時間為35μs，滿足了實時性要求。在此基礎上，建立了混聯(lián)機器人的速度映射模型，進而為后續(xù)軌跡規(guī)劃與運動控制提供了運動學基礎。 □根據(jù)機器人尺度參數(shù)和鉸鏈運動范圍約束條件，建立了工作空間邊界約束方程，得到TriVariant-B機器人的可達位置空間。在此基礎上，應用極坐標描述方法，構造出

3、可達位置空間內部任意點的姿態(tài)空間模型。利用上述模型可保證末端執(zhí)行器在工作空間內的運動連續(xù)性，進而為軌跡規(guī)劃提供了重要依據(jù)。 □在獨立規(guī)劃點和矢量軌跡的基礎上，提出了一種基于點矢復合運動的時間同步規(guī)劃算法和軌跡段間過渡算法，保證了末端執(zhí)行器位姿運動的同步和軌跡過渡問題。針對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)運動軌跡規(guī)劃方法和軌跡插補算法，在二階近似條件下可獲得理想的軌跡精度，進而將操作空間軌跡映射到關節(jié)空

4、間后，利用分段三次樣條函數(shù)可得到C2連續(xù)的高精度實時控制軌跡。 □基于PC+Motion Controller構建出TriVariant-B混聯(lián)機器人控制系統(tǒng)核心硬件平臺，并結合切割、焊接、噴涂、輕型加工、裝配及搬運等多種應用場合，利用可重構思想設計了控制軟件的邏輯架構。應用圖形化編程環(huán)境LabVIEW實現(xiàn)了機器人控制軟件的模塊化與層次化設計，開發(fā)了控制系統(tǒng)回零、軌跡控制、點動控制、在線仿真、網(wǎng)絡通訊等核心功能。這種基于數(shù)據(jù)流的