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多自由度激光加工工业机器人虚拟加工技术研究

作　者: 董峰
导　师: 顾军
学　校: 苏州大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ABB-IRB1410机器人运动学正反解轨迹规划激光熔覆离线编程
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

机器人离线编程技术是对机器人编程语言的一种拓广,在虚拟生产环境中利用一些规划算法对机器人虚拟加工过程进行控制。相比传统的在线示教编程,离线编程节约了大量时间,提高了生产效率。因此对多自由度激光加工工业机器人虚拟加工技术的研究具有重要的意义。本文主要研究内容如下:(1)对激光熔覆技术和国内外激光加工工业机器人研究现状及发展趋势以及机器人离线编程技术发展现状及其发展背景进行了分析。针对IRB1410型工业机器人,论述了机器人的特性、结构参数、运动学基本知识等,并求出机器人运动学正、反解,并且对机器人的速度进行了分析。(2)分析了机器人轨迹规划的一般性问题,对关节空间的轨迹规划针对不同的条件分别详述了线性函数插值和三次多项式函数插值;对笛卡尔空间的轨迹规划则深入研究了直线函数插值和圆弧插值,然后对笛卡尔空间与关节空间轨迹规划的优缺点进行了比较。(3)利用MATLAB软件的GUI功能设计了多自由度激光加工工业机器人虚拟运动的仿真软件,通过设置相关的运动参数,最终完成多自由度机械臂运动的仿真,同时也能够对机械臂运动空间进行分析,更有效地判断机械臂运动空间中有无空洞或空腔,从而更便于分析机械臂所能达到的运动空间。(4)通过研究OpenGL在工业机器人仿真中的应用与其具体实现方法,完成六自由度激光加工工业机器人离线编程仿真软件的设计和开发。该软件是基于VC++的仿真软件,机器人模型是ABB-IRB1410型工业机器人,主要功能包括机器人碰撞检测、正运动、逆运动、激光刻字、激光堆积等,从而更有效的仿真六自由度激光加工工业机器人虚拟加工过程。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 本文研究的目的及意义  10-11
  1.2 激光熔覆技术  11-13
    1.2.1 激光熔覆技术及其特点  11-12
    1.2.2 激光熔覆在工业中的应用  12
    1.2.3 激光熔覆发展方向  12-13
  1.3 国内外激光加工工业机器人研究现状及发展趋势  13-15
    1.3.1 国内外激光加工工业机器人研究现状  13-14
    1.3.2 激光加工工业机器人发展趋势  14-15
  1.4 国内外机器人离线编程技术发展现状  15-19
  1.5 激光加工机器人简介  19-21
    1.5.1 激光加工机器人组成  19
    1.5.2 激光加工机器人工作原理  19-21
  1.6 本文主要研究的关键技术  21-22
第二章机器人运动学分析  22-36
  2.1 机器人运动学概述  22
  2.2 IRB1410 型工业机器人运动学正、反解  22-32
    2.2.1 IRB1410 型工业机器人及其特性和结构参数  22-24
    2.2.2 机器人运动学正解  24-29
    2.2.3 机器人运动学反解  29-32
  2.3 IRB1410 型工业机器人速度分析  32-35
    2.3.1 IRB1410 型工业机器人雅可比矩阵  32-33
    2.3.2 IRB1410 型工业机器人速度分析  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章 IRB1410 型机器人轨迹规划  36-48
  3.1 机器人轨迹规划的概述  36
  3.2 机器人轨迹规划的一般性问题  36-38
  3.3 关节空间机器人轨迹规划  38-40
    3.3.1 线性插值的关节空间轨迹规划  39
    3.3.2 三次多项式插值的关节空间轨迹规划  39-40
  3.4 笛卡尔空间机器人轨迹规划  40-47
    3.4.1 笛卡尔空间直线轨迹规划方法  41-42
    3.4.2 笛卡尔空间圆弧轨迹规划方法  42-47
    3.4.3 笛卡尔空间姿态插补方法  47
  3.5 本章小结  47-48
第四章机器人在MATLAB 软件中的运动仿真分析  48-53
  4.1 机器人运动仿真的概述  48
  4.2 机械臂可视化仿真软件的建立  48-50
  4.3 机器人三维运动仿真及运动空间分析  50-52
    4.3.1 机器人旋转运动  50-51
    4.3.2 机器人运动空间分析  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章基于IRB1410 型工业机器人离线编程系统设计  53-79
  5.1 离线编程系统简介及结构  53-55
    5.1.1 离线编程系统简介  53
    5.1.2 一般机器人离线编程系统结构  53-55
  5.2 OpenGL 的介绍  55-68
    5.2.1 OpenGL 的概述  55-56
    5.2.2 MFC 中使用OpenGL 的方法  56-62
    5.2.3 离线编程系统场景的研究  62-65
    5.2.4 离线编程系统中对于图形渲染技术  65-68
  5.3 离线编程系统关键技术的研究  68-71
    5.3.1 离线编程系统模型的研究  68-69
    5.3.2 面向对象的程序设计方法的应用  69-70
      5.3.2.1 面向对象设计方法的设计准则和局限性  69-70
      5.3.2.2 面向对象设计的机器人离线编程系统结构  70
    5.3.3 关于场景中通过鼠标选取物体的方法  70-71
      5.3.3.1 场景中模型的标号设置  70
      5.3.3.2 场景中模型的物体识别  70-71
  5.4 IRB1410 型机器人离线编程仿真软件介绍  71-78
    5.4.1 IRB1410 型机器人离线编程仿真软件系统结构  71-72
    5.4.2 IRB1410 型机器人离线编程仿真软件的简介  72-73
    5.4.3 IRB1410 型机器人离线编程仿真软件的功能  73-78
  5.5 本章小结  78-79
第六章总结与展望  79-81
  6.1 总结  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-85
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文  85-86
附录  86-99
致谢  99-100

多自由度激光加工工业机器人虚拟加工技术研究

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