工业机器人运动规划与软测试平台的研究

摘要

近年来,喷涂机器人由于喷涂周期短,精度高,效益好,可在恶劣的环境下长时间工作等优点,在越来越多的喷涂场合得到应用。但到目前为止,还没有一个综合的喷涂机器人运动规划与性能测试系统出现,传统的运动规划与性能测试系统一般采用示教编程,不但繁琐,往往还需要先有样品才能示教。现有的工业机器人运动规划与性能测试系统一般功能单一,不具备综合化的性能评估系统,尤其是在喷涂机器人应用领域,更是缺少专门的系统平台。因此,开发一种基于计算机图形学,使得喷涂效果最优的喷涂机器人离线编程系统已迫在眉睫。
　　 本文根据喷涂机器人的研究现状,提出了一种工业机器人运动规划与性能测试系统。包括:数据库模块、人机交互模块、喷枪轨迹规划模块、分析与显示模块、机器人作业指令生成模块、通信与接口模块。数据库模块实现喷涂机器人喷枪轨迹和关节变量及模型数据的存储；人机交互模块实现参数的输入和对其它模块的控制。喷枪轨迹规划模块用于在满足所有约束的前提下,规划出一条使喷涂效果最佳的喷枪轨迹,并求出该轨迹对应的关节变量；分析与显示模块实现喷涂机器人喷涂过程的仿真与分析；机器人作业指令生成模块实现喷涂机器人工作文件生成功能；通信与接口模块用于喷涂任务数据的导入和作业文件的上传下载。该系统编程速度快,准确度高,功能完善,通用性强,既可作为各种型号机器人的科学研究,又可用于实际喷涂作业系统的控制。
　　 考虑到机器人运动学和动力学的在工业机器人研究中的重要性,本文首先介绍了机器人运动学和动力学的基本理论,接着描述工业机器人运动规划与性能测试平台的基本框架,然后以Visual C++6.0为开发平台,结合OpenGL的虚拟现实功能,完成系统各个模块的开发。最后,介绍了多层前馈小波网络机器人动力学逆模型,并以二自由度机器人为例,利用三论域模糊小波神经网络理论,建立机器人系统的逆动力学模型,实现机器人动力学前馈轨迹跟踪控制,通过MATLAB仿真。