焊接機器人控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人，是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動控制操作機，具有三個或更多可編程的軸；并且有提高勞動生產(chǎn)率，改善工人勞動強度和工作環(huán)境，降低對工人操作技術(shù)的要求等特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。
　　 機器人控制系統(tǒng)是機器人的核心部分，鑒于焊接機器人對焊接路徑的高精度要求，必須采用伺服控制系統(tǒng)作為機器人機械手臂的控制系統(tǒng)。伺服控制技術(shù)是一種伴隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)等發(fā)展起來的一門自

2、動控制技術(shù)，并且與傳統(tǒng)機械學(xué)相結(jié)合，利用數(shù)字化信號對機床進(jìn)行加工控制的一種控制方法，是一門綜合性的應(yīng)用學(xué)科。
　　 為了對機器人控制系統(tǒng)有更深入的研究，本課題在文獻(xiàn)參考和現(xiàn)場實踐的基礎(chǔ)上，以DSP作為核心控制芯片，提出一種新的焊接機器人控制系統(tǒng)設(shè)計方案；采用模塊化思想和全數(shù)字化伺服控制系統(tǒng)設(shè)計，給出了伺服控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和相應(yīng)的軟件設(shè)計；在此基礎(chǔ)，采用模糊PID控制，用Matlab對電機進(jìn)行了仿真研究，達(dá)到了比較理想的控制

3、效果。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　 (1)焊接機器人伺服控制系統(tǒng)的研究。
　　 研究了基于DSP的焊接機器人伺服控制系統(tǒng)。研究了本課題中的伺服控制系統(tǒng)主要被控對象——無刷直流電流的組成及工作原理，建立了無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出無刷直流電機的傳遞函數(shù)。
　　 (2)基于模糊PID的伺服控制系統(tǒng)研究。
　　 研究了基于模糊PID的直流伺服電機控制。包括模糊PID算法，模糊PID控制器的設(shè)計，以

4、及在Matlab環(huán)境下的模糊PID控制器建模。根據(jù)上一章中得出的直流伺服電機數(shù)學(xué)模型，建立了伺服控制系統(tǒng)的仿真模型，進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，采用模糊PID算法控制策略明顯優(yōu)于一般PID控制策略，使得焊接機器人控制系統(tǒng)有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。
　　 (3)基于DSP的全數(shù)字化焊接機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。
　　 從高性能和使用性角度出發(fā)，以數(shù)字信號處理為核心，按照模塊化及數(shù)字化設(shè)計思想，采用電機控制專用DSP芯片實

5、現(xiàn)對無刷直流電機伺服運動控制。由于該控制系統(tǒng)選用的DSP芯片TMS320F2407內(nèi)部已集成PWM輸出、A/D轉(zhuǎn)換、串行接口、看門狗實時中斷定時器等電機控制相關(guān)模塊，使焊接機器人運動控制器具有較高的集成度和優(yōu)良的性能價格比，降低系統(tǒng)的成本，減少機電系統(tǒng)體積，并且有很好的擴展性。同時還進(jìn)行了DSP外圍電路、驅(qū)動電路以電流檢測等硬件電路的設(shè)計，采用全數(shù)字化伺服驅(qū)動電路、增強控制系統(tǒng)的抗干擾性。該控制器不僅可廣泛應(yīng)用于一般機器人、機械臂及工業(yè)

6、機床等控制系統(tǒng)設(shè)計，還可應(yīng)用于電機較多而體積要求嚴(yán)格的控制系統(tǒng)。
　　 (4)焊接機器人伺服控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。
　　 研究伺服控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計方法，包括控制系統(tǒng)中主程序的設(shè)計、捕捉中斷服務(wù)程序的設(shè)計，T1周期中斷服務(wù)程序的設(shè)計、CAN接收中斷服務(wù)程序的設(shè)計和CAN總線傳輸錯誤中斷服務(wù)程序的設(shè)計等。此外，本課題給出了上位機和下位機的通信接口協(xié)議，主要是為方便上位機的開發(fā)而設(shè)置的。
　　 (5)焊接機器人系統(tǒng)安裝調(diào)