工业机器人技术被认为是中国传统制造业实现智能化转型不可或缺的一部分。随着工业机器人技术的不断发展与成熟,工业机器人越来越广泛地运用在各个行业之中。而弧焊作为工业机器人*主要的应用领域之一,实现弧焊机器人的自主研发以及产业化,对提升我国工业机器人的技术水平起着巨大作用,同时有利于完善工业机器人的应用领域,促进相关产业的发展。机器人控制器作为弧焊机器人系统中的核心部件,在弧焊机器人的运动控制中起着关键作用,弧焊操作对机器人控制系统性能要求并不苛刻,在通用型工业机器人控制系统上添加弧焊功能也能胜任。目前国内自主研发的总线式控制器存在不开放、二次开发接口受限、无法可增减控制器功能(例如力控功能)、无法通过单个控制器控制多台机器人等问题。

题针对这些问题,基于“IPC+实时操作系统+实时工业以太网总线”的总线式控制架构,采用开放式系统结构框架设计、组件化模型集成等方法,设计一套开放式且扩展和裁剪性较强的通用型机器人控制器。控制器的设计基于实验室已有的运动轨迹成果进行开发,主要研究不面向运动轨迹算法,而是针对机器人控制系统的开放性、安全性、实时性和可操作性等问题进行研究。

首先设计和搭建了基于EtherCAT总线的工业机器人控制器及其运动控制系统平台,为实现工业机器人运动功能提供硬件基础。进而遵循PLCopen规范和软件设计原则,针对工业机器人控制系统需要实现的功能,在考虑机器人控制系统实时性的情况下开发多任务并行的控制器软件系统。*后将弧焊功能模块集成到机器人控制系统上构建弧焊机器人控制系统。通用六关节机器人为运动控制对象,完成了基础的指令轨迹、JOG运动指令、暂停功能、伺服归零、错误处理等运动控制功能的测试实验以及双边对称焊功能为目的的多机器人协作实验。实验结果验证了本文所设计的控制系统的高效性、高实时性、可靠性和所提出的算法、策略的有效性,表明系统控制的设计方案与相关理论能够实现工业机器人的运动功能,为实现高速高精度控制提供了可能。

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