基于ARM的焊接机器人控制器的研究

摘要

目前，我国劳动力人口逐年减少，为保证我国经济的持续发展，要求自动化水平不断提高。在机械制造领域，焊接机器人的使用大大提高了焊接自动化的水平。为提高我国机械加工及焊接装备制造水平，本文设计了XYZR四轴直角坐标焊接机器人控制系统。
　　在分析国内外焊接机器人控制系统的基础上，本文设计了焊接控制器的硬件电路及部分软件系统。主要对人机交互系统、焊缝跟踪、焊接电流电压采集控制、文件系统移植等问题进行系统的研究，主要研究内容如下：
　　1、分析对比国内外焊接机器人优缺点，确定本课题控制研究对象为XYZR直角坐标焊接小车。根据焊接小车的功能参数及尺寸参数，确定课题实施方案，并对焊接小车步进电机进行选型。
　　2、将课题方案细分，分模块设计控制系统硬件电路。主要包括人机交互显示电路、电源管理模块、模拟信号输出电路、急停报警电路、传感器信号检测电路、存储模块、矩阵键盘示教再现模块、焊接保护气检测模块等。最后通过电路板硬件调试，验证硬件电路的合理性。
　　3、在充分了解焊缝跟踪原理的基础上，对比各种传感器之后，提出一种跟踪精度较高的焊缝跟踪方案，基于电涡流传感器设计焊接机器人焊缝跟踪系统。
　　4、对比国内外焊接机器人功能，设计两种不同的焊接控制系统，即：示教再现及电涡流传感器焊缝跟踪系统。通过详细的计算推导，得出直线插补、顺圆弧插补、逆圆弧插补等轨迹的软件实现方法。
　　5、基于所设计的硬件电路，开发焊接机器人软件控制系统。主要包括FATFS文件系统移植、示教再现算法、焊缝跟踪算法、焊接电压电流调节、人机交互界面。
　　6、最后搭建焊接小车实物测试平台，对焊接小车进行整机测试。主要包括控制器供电系统电压测试、JTAG程序下载功能实现测试、限位报警功能测试、焊接保护气检测测试、示教再现、电涡流焊缝跟踪系统测试、焊接电流、送丝速度测试，最后进行了整机人机交互界面测试验。
　　7、对研究工作进行总结，提出有待改进的问题。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 焊接机器人国内外发展现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章总结

第2章 焊接机器人整体结构和步进电机选型

2.1 焊接机器人结构分类

2.2 焊接机器人结构设计及性能指标

2.3 焊接机器人性能参数及结构参数

2.4 步进电机选型

2.5 本章总结

第3章 控制系统硬件电路设计

3.1 控制系统总体结构

3.2 微处理器选型

3.3 焊接机器人控制器硬件电路设计

3.4 焊接工艺参数控制

3.5 送丝机控制电路设计

3.6 焊缝跟踪系统设计

3.7 焊接小车控制端接口定义

3.8 本章小结

第4章 控制系统软件设计

4.1 控制系统软件总体思路设计

4.2 系统初始化

4.3 焊接小车控制模块程序设计

4.4 FATFS文件系统移植

4.5 控制系统SPI通信模块程序设计

4.6 矩阵键盘示教再现及TFT液晶提示示教信息程序设计

4.7 本章总结

第5章 控制系统测试

5.1 控制系统开发固件库及开发工具简介

5.2 控制系统测试实验

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果