圓管相貫線等離子切割機器人系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、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(shù)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。

2、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(shù)與國外先進機器人技術(shù)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Kithara RealTime Suite開發(fā)，使用EtherCAT通信協(xié)議，通信周

3、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