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

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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