六轴工业机器人控制系统的研究与实现.doc

分类号 学号 201204703015 学校代码 1 0 4 8 8 密级 硕士学位论文 六轴工业机器人控制系统的 研究与实现 学位申请人： 施文龙 学 科 专 业 ： 电路与系统 指 导 教 师 ： 闵华松 答 辩 日 期 ： 2015 年 5 月 22 日 万方数据 A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master in Engineering Research and Design of Control System for 6-axis Industial Robot Master Candidate： Wenlong Shi Major： Circuit and Systems Supervisor ： Prof. Huasong Min Wuhan University of Science and Technology Wuhan, Hubei 430081, P.R.China May, 2015 万方数据 摘 要 工业机器人在汽车、电子行业等很多领域得到日益广泛的应用。作为工业机 器人系统的核心组成部分，控制系统一直是机器人领域研究的热点。目前，成熟 而有竞争力的工业机器人控制系统需具备至少两个条件：开放性和模块化；前者 采用开放的系统结构可以方便地更新和拓展机器人控制系统的功能，使得机器人 性能得到增强；后者使得控制系统在硬件层面容易搭建、在软件层面结构清晰， 从而机器人的可靠性得以提高。 本文在对现有机器人控制系统进行研究的基础之上，设计了一套开放式机器 人控制系统，控制器采用双级结构，底部采用 DMC-2163 控制卡，对机器人的各 个关节进行运动控制，顶层的工控机用于管理系统和轨迹规划等。 首先介绍了机器人的数学基础，对机器人进行 D-H 建模并推出机器人的运动 学方程；然后给出了控制系统的总体设计以及硬件架构，并对各硬件组成部分进 行了介绍，简要讲述了 DMC-2163 的使用；接着对机器人直角坐标空间的轨迹规 划进行了研究，研究了直线、圆弧和 NURBS 插补算法并进行基于 MATLAB 平台 的仿真；最后，对控制系统的软件部分进行了总体实现，软件由 Qt4.8 可视化编 程实现对机器人的控制及人机交互界面功能。通过对系统进行模块化的测试，以 及通过机械臂末端执行器运动轨迹实际测试，证明了设计的控制系统的有效性和 可靠性。 关键词：工业机器人；控制系统；DMC；轨迹规划；Qt II 万方数据 Abstract Industrial robots are widely used increasingly in fields such as automobile industry and electronics industry.As a core part of the industrial robot, the control system has been the hotspot researched in the field of robot. Currently, mature and competitive industrial robot control systems need to have at least two conditions: Openness and modularity;the former adopts opening frame system making it convenient to update and extend the function of the robot control system,then the robot performance is enhanced; the latter makes the control system easy to set up at the hardware level, and the structure clear at the software level, thus the reliability of the robot can be improved. On the basis of studying existing robot control system ,this paper designs a set of open one, whose controller uses two-stage structure.The DMC-2163 is used in the bottom for controlling joins of the robot,