焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

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

2、動(dòng)控制技術(shù)，并且與傳統(tǒng)機(jī)械學(xué)相結(jié)合，利用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床進(jìn)行加工控制的一種控制方法，是一門(mén)綜合性的應(yīng)用學(xué)科。
　　 為了對(duì)機(jī)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(chǎng)實(shí)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(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)，給出了伺服控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)，采用模糊PID控制，用Matlab對(duì)電機(jī)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?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)焊接機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的研究。
　　 研究了基于DSP的焊接機(jī)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(duì)象——無(wú)刷直流電流的組成及工作原理，建立了無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出無(wú)刷直流電機(jī)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(jī)控制。包括模糊PID算法，模糊PID控制器的設(shè)計(jì)，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(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。
　　 (3)基于DSP的全數(shù)字化焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。
　　 從高性能和使用性角度出發(fā)，以數(shù)字信號(hào)處理為核心，按照模塊化及數(shù)字化設(shè)計(jì)思想，采用電機(jī)控制專用DSP芯片實(shí)

5、現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)伺服運(yùn)動(dòng)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(mén)狗實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器等電機(jī)控制相關(guān)模塊，使焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器具有較高的集成度和優(yōu)良的性能價(jià)格比，降低系統(tǒng)的成本，減少機(jī)電系統(tǒng)體積，并且有很好的擴(kuò)展性。同時(shí)還進(jìn)行了DSP外圍電路、驅(qū)動(dòng)電路以電流檢測(cè)等硬件電路的設(shè)計(jì)，采用全數(shù)字化伺服驅(qū)動(dòng)電路、增強(qiáng)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(jī)器人、機(jī)械臂及工業(yè)

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