基于视觉/力觉的智能机器人合作装配系统开发

摘要

装配是产品生产过程中耗时最多的环节,提高装配自动化效率是制造业中急需解决的问题之一,而智能机器人合作装配是解决该问题的有效途径。本文在改造传统示教机器人基础上,构建基于视觉/力觉的智能机器人合作装配系统,所完成的主要研究工作如下。
　　(1)机器人合作装配系统总体方案和控制系统流程设计。构建了一个由全局视觉云台和两台配置视觉/力觉的同构示教机器人组成的合作装配系统,设计了系统的控制体系结构和主控流程,规划了机器人上下位机的主要功能模块。
　　(2)装配机器人运动学分析与路径规划。基于旋量定理分析了运动学正解,采用雅克比时间插补分析了运动学逆解;建立了基于行为动力学的装配机器人平面空间路径规划模型。
　　(3)机器人合作装配控制系统开发。将装配机器人原有离线示教方式改造为无示教实时控制方式;采用TCP/IP通信协议Socket网络编程技术,解决了合作装配系统上位PC机局域网数据交互问题,实现了机器人上位PC机VC++平台与下位工控机CoDeSys平台之间的实时数据交互;通过 VC++调用 Matlab动态链接库的方式,应用行为动力学路径规划算法控制机器人末端执行器,实现了平面空间避障。
　　(4)单机器人装配控制系统实验验证。通过轴孔对接实验,验证了所开发的智能装配机器人控制系统的功能;以行为动力学路径规划仿真轨迹作为指令控制机器人,末端执行器实际运行轨迹和理论轨迹最大误差为4.13mm,验证了行为动力学路径规划算法的有效性。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容和论文结构安排

2 智能机器人合作装配控制系统框架搭建

2.1 引言

2.2 合作装配控制系统总体设计方案

2.3 单机器人装配控制系统设计方案

2.4 装配实验平台

2.5 本章小结

3 智能装配机器人运动学分析与路径规划

3.1 引言

3.2 六自由度机器人正逆解分析

3.3 直线圆弧轨迹规划

3.4 装配机器人末端执行器行为动力学路径规划

3.5 本章小结

4 智能机器人合作装配控制系统开发

4.1 引言

4.2 嵌入式软PLC系统与软件配置

4.3 机器人末端姿态求解

4.4 控制系统分析及实现

4.5 网络通信协议

4.6 基于无线局域网络的数据交互设计

4.7 单机器人PC机与工控机数据交互

4.8 直线圆弧轨迹规划软件实现

4.9 行为动力学路径规划算法软件开发

4.10 本章小结

5 智能装配机器人轴孔对接与避障实验

5.1 引言

5.2 单机器人定点轴孔对接实验

5.3 二维环境下单机器人行为动力学避障实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献