工业机器人多通道协同控制技术研发

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文

目录

摘 要................................................................................................... I Abstract................................................................................................ II 目录..................................................................................................... I V 1 绪论

1.1课题来源 (1)

1.2课题的研究背景和意义 (1)

1.3国内外研究现状及发展趋势 (2)

1.4本文研究的主要内容 (5)

2 工业机器人协同控制系统总体设计

2.1运动组的构成 (8)

2.2多组协同控制系统 (12)

2.3协同控制系统主要功能模块 (14)

2.4本章小结 (16)

3 工业机器人协同控制关键技术

3.1协同单元空间位置计算 (17)

3.2协同运动轨迹的合成 (24)

3.3协同轨迹插补算法 (29)

3.4本章小结 (36)

4 协同控制系统的软件实现

4.1协同运动指令的输入 (38)

4.2 多组协同运动轨迹的处理 (43)

4.3协同轨迹数据的输出 (44)

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4.4本章小结 (46)

5 工业机器人协同控制技术应用

5.1工业机器人协同控制仿真实验 (47)

5.2协同控制技术在喷釉机器人中的应用 (53)

5.3协同控制技术在自动化生产线中的应用 (55)

5.4本章小结 (57)

6 总结与展望

6.1总结 (58)

6.2展望 (58)

致 谢 (60)

参考文献 (62)

附录 攻读学位期间发表论文及专利目录 (67)

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1 绪论

1.1课题来源

本研究课题来源于国家自然科学基金：基于惯性参数辨识的关节型工业机器人变参数自适应控制研究（51475185）。武汉市科技攻关计划项目：面向装备制造业的搬运机器人及其关键技术研究（2013010501010120）。

1.2课题的研究背景和意义

工业机器人多通道协同控制技术集机械电子工程、控制技术、计算机技术、传感器技术、人工智能技术等多种学科的先进技术于一身[1]。自从上世纪六十年代美国研制出首台应用于工业生产的机器人以来[2]，基于机器人单元的智能制造系统已经由单机器人任务模式转变为机器人与变位机协同工作[3,4]、多机器人协同工作模式[5]。

传统的单机器人系统已无法胜任现代制造业对复杂加工工艺的要求[6]。在汽车生产行业，多机器人协同单元可以节省单车加工时间[7]。采用多台机器人同时完成车身的焊接或装配任务，提高了整车生产效率[8]。同时，使用多通道控制技术可以将外部驱动设备同机器人单元集成至协同控制系统中，完成喷釉、焊接过程中对变位机和机器人协同运动的工艺要求[9,10]。在打磨、抛光等行业中，多通道协同控制技术可以控制多台机器人代替人工完成三维空间下的平滑磨削加工[11]。

近年，中国已成为机器人协同控制系统需求增长最快的国家之一。统计数据显示近年来国内工业机器人年均增长率超过40%[12]。就应用情况来看，近5年市场需求激增，并且由汽车产业向电力和电子、机床、化工等诸多领域拓展，市场需求空间大[13]。中国已在2013年登顶全球最大的工业机器人市场，2014年中国工业机器人需求量继续攀升，达到4.5万台，占当年世界工业机器人生产总量的20%。其中国产工业机器人产量超过12000台，工业机器人产值达到140亿左右，工业机器人相关系统配套产值达到450-500亿[14]。