基于固高运控器的SCARA四轴机械臂路径规划研究

摘要

工业机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，是实现中国制造2025的关键。工业机器人具有应用范围广、控制精度高、劳动力成本低等诸多优点。但是工业机器人在中国市场上还存在一些亟待解决的问题。受欧洲日本等发达国家技术垄断，工业机器人成本高，底层程序无法开发和移植，不能适应企业灵活多变的生产需求和对成本的控制要求。而路径规划算法是欧日等发达国家工业机器人软件上被垄断的技术核心之一。路径规划算法不可开发限制了企业生产过程的灵活性，导致中小加工企业引入机器人的成本增加。　　针对以上问题，本课题结合工业机械臂的正向、逆向运动学原理及直线和圆弧两种基本路径规划算法原理，在VS2010平台上用C++语言开发了相应的基于对话框的MFC程序，实现算法开发并在多种环境下做了详细的对比性仿真,该算法具有可移植性强，运算精度高等优点。然后自主研发了一台“工业PC+运动控制卡”开放式的SCARA四轴机械臂。结合几何法运动学分析原理，在固高公司的GTS-400-PV-G运动控制器上实现了PTP路径规划算法的底层开发，并成功运用在基于视觉引导的工作平台上，实时性好且具有可靠的精度和稳定性。　　本论文首先介绍了工业机器人的发展和研究动态，对机器人运动学和路径规划算法原理的理论知识做了详细的阐述。结合理论知识，主要研究了直线和圆弧两种路径规划算法在VS2010平台上的软件实现和仿真。然后介绍了自主设计研发的一台SCARA四轴机械臂，并给出了详细的硬件系统设计图和软件代码。最后讲解了三个基于机器视觉的SCARA四轴机械臂的应用案例。通过实验和仿真结果的分析表明，自主研发的工业机器人能达到视觉引导的精度要求且工作稳定性强，程序开发灵活，成本大幅降低，促进了工业机器人在中小加工企业的推广使用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 工业机器人路径规划研究现状

1.3 论文的主要工作

第2章 工业机械臂运动学分析及路径规划

2.1 工业机械臂的数学基础

2.2 工业机械臂运动学分析

2.3 工业机械臂的路径规划

2.4 本章小结

第3章 基本路径插补算法的设计与仿真

3.1 基本路径插补介绍及复杂路径的分解与合成

3.2 直线路径规划算法设计

3.3 空间圆弧路径规划算法设计

3.4 本章小结

第4章 SCARA四轴机械臂的工程设计及应用

4.1 SCARA四轴机械臂的整体设计

4.2 SCARA四轴机械臂的硬件设计

4.3 SCARA四轴机械臂软件设计及应用探索

4.4 基于机器视觉的SCARA机械臂的应用探索

4.5 开放式SCARA机械臂的优点及效益分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢