本文選題：機器人建模　切入點：工具坐標系標定　出處：《山東大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近年來,國內(nèi)人口紅利逐漸消失、用工荒蔓延。國際上,各主要發(fā)達國家大力支持本國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展,爭搶先進機器人技術高地,努力提高本土制造業(yè)智能化、自動化水平。從圓管相貫線切割行業(yè)來看,國內(nèi)大部分企業(yè)采用半自動化方式,先使用電腦設計相貫線軌跡再按1:1比例打印,最后蒙皮切割,該方法勞動強度大、生產(chǎn)率低。少部分企業(yè)采用專機切割的方式,設備占地較大且通用性較差。通用工業(yè)機器人市場長期被國外機器人廠家壟斷,切割、焊接等專用功能模塊需花額外費用購買。在此背景下,為提高我國圓管相貫線切割加工生產(chǎn)率,節(jié)約企業(yè)各項成本,縮短國內(nèi)機器人技術與國外先進機器人技術間的差距,本文在對國內(nèi)外工業(yè)機器人研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行詳細分析的基礎上,研究設計了一款圓管相貫線等離子切割機器人系統(tǒng)。本機器人系統(tǒng)使用通用6自由度工業(yè)機器人與單軸變位機配合,軟件系統(tǒng)基于德國Kithara公司的Windows實時拓展軟件KitharaRealTime Suite開發(fā),使用EtherCAT通信協(xié)議,通信周期為1ms。用戶只需輸入7個關鍵參數(shù),4個示教點即可完成切割操作,自動化、智能化水平高。本文首先使用坐標變換方法建立了 6自由度機器人的數(shù)學模型,建立了機器人基坐標系與機器人連桿末端坐標系之間的聯(lián)系,使用X、Y、Z坐標值以及Z-Y-X歐拉角表示機器人連桿末端坐標系在機器人基坐標系下的位置和姿態(tài),分析了機器人運動學正解、逆解算法。然后使用幾何法分析介紹了機器人工具坐標系固定基準點標定法的理論依據(jù)和6點標定法的標定過程,并提出一個誤差參數(shù)來評判標定結果。然后建立了圓管相貫線數(shù)學模型,重點研究了相貫線主管、支管切割算法,將主管、支管空間相貫線軌跡分解成軸向運動和圓周轉動,分別由6自由度機器人與變位機完成。并使用二分法、直線加減速算法計算、規(guī)劃了相貫線運動。最后在實驗中驗證了本系統(tǒng)的實用性,相貫線主管、支管配合質(zhì)量滿足后續(xù)焊接要求,且示教、切割單管時間可控制在1分鐘之內(nèi)完成,大大提高了勞動生產(chǎn)率。
[Abstract]:In recent years, the domestic population dividend has gradually disappeared, and the labor shortage has spread. Internationally, major developed countries have vigorously supported the development of their own robotics industry, fought for the advanced robotics technology highlands, and worked hard to improve the intelligence of the local manufacturing industry. Automation level. From the point of view of the circular pipe intersecting wire cutting industry, most domestic enterprises adopt a semi-automatic way, first using computer to design intersecting lines and then printing according to the scale of 1: 1. Finally, the skin is cut. This method has a high labor intensity. Low productivity. A few enterprises adopt the way of special machine cutting, the equipment covers a large area and the generality is poor. The general industrial robot market has been monopolized by foreign robot manufacturers for a long time. Special functional modules such as welding need to be purchased at extra cost. Under this background, in order to improve the productivity of intersecting wire cutting of circular pipes in China, to save the cost of enterprises, and to shorten the gap between domestic robot technology and foreign advanced robot technology, Based on the detailed analysis of the present situation and development trend of industrial robots at home and abroad, A circular intersecting line plasma cutting robot system is designed in this paper. The robot system is based on the Windows real-time extension software KitharaRealTime Suite developed by Kithara Company of Germany, which uses a general purpose 6 DOF industrial robot and a single axis positioner. Using EtherCAT communication protocol, the communication period is 1ms. the user only needs to input 7 key parameters, 4 teaching points can complete the cutting operation, automation, In this paper, the mathematical model of a 6-DOF robot is established by using coordinate transformation method, and the relationship between the basic coordinate system of the robot and the coordinate system at the end of the connecting rod of the robot is established. The position and attitude of the end coordinate system of the robot connecting rod in the base coordinate system of the robot are expressed by using the value of the X _ Y _ (Y) Z coordinate and the Euler angle of the Z-Y-X, and the forward kinematics solution of the robot is analyzed. Then the theoretical basis of the fixed reference point calibration method in the tool coordinate system of robot and the calibration process of the 6-point calibration method are analyzed using geometric method. An error parameter is proposed to judge the calibration results. Then the mathematical model of the intersecting line of the circular tube is established, and the algorithm of intersecting line supervisor and branch cutting is studied. The intersecting line locus in the supervisor and branch space is decomposed into axial motion and circumferential rotation. The motion of intersecting line is calculated by using dichotomy and linear acceleration and deceleration algorithm. Finally, the practicability of the system is verified in the experiment. The quality of branch pipe fit meets the requirements of subsequent welding, and teaching, the cutting time of single pipe can be controlled within 1 minute, which greatly improves the labor productivity.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：1619368