五自由度切割機(jī)器人軌跡規(guī)劃與控制研究.pdf

1、隨著我國(guó)制造業(yè)市場(chǎng)快速多變、產(chǎn)品升級(jí)需要，開發(fā)具有高生產(chǎn)適用性和能快速試制出樣品的自動(dòng)化裝備成為自動(dòng)化加工行業(yè)的焦點(diǎn)。作為自動(dòng)化行業(yè)的典型產(chǎn)品，工業(yè)機(jī)器人以動(dòng)作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛滲透到自動(dòng)化生產(chǎn)中的每一個(gè)角落，如切割，焊接，裝配，噴涂，包裝等。本文以船舶制造、海洋工程的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)切割量急劇增加為背景，研制一臺(tái)五自由度切割機(jī)器人，包括機(jī)器人機(jī)械本體設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)搭建、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法研究，以求機(jī)器人能根據(jù)工藝要

2、求實(shí)現(xiàn)各種板型材、管材、非圓曲面、帶坡口相貫曲面等工件的切割。
　　首先介紹了五自由度切割機(jī)器人結(jié)構(gòu)，運(yùn)用修改的D-H方法建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，采用反變換法求解運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。針對(duì)逆解中的多解問題，采用柔性準(zhǔn)則進(jìn)行選解，舉例計(jì)算表明，通過柔順準(zhǔn)則得到的優(yōu)化關(guān)節(jié)角曲線平緩，沒有角度突變且總的運(yùn)動(dòng)角度要小。為了觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，建立了基于Matlab與RecurDyn的聯(lián)合仿真系統(tǒng)；
　　然后分析了參數(shù)曲線切割姿態(tài)和切割速度的工藝要

3、求，利用Frenet坐標(biāo)系描述各種切割姿態(tài)，F(xiàn)renet坐標(biāo)系隨曲線位置點(diǎn)的變化而變化，是“活動(dòng)”的坐標(biāo)系，對(duì)于描述各點(diǎn)的局部曲線特性十分方便。對(duì)于恒速率與可變速率的切割要求，提出了基于泰勒展開的速度控制軌跡規(guī)劃與插補(bǔ)算法。最后通過跟蹤相貫曲線進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明：機(jī)器人在跟蹤曲線時(shí)能準(zhǔn)確保持預(yù)期的位姿，跟蹤精度與機(jī)器人末端速度都能滿足預(yù)期要求；
　　最后搭建了基于PC與PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡為核心的機(jī)器人硬件控制平臺(tái)，采用位置和