环保压缩机装配机器人控制技术及轨迹规划研究
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摘要
机器人技术是高技术的重要组成部分，是实现生产自动化的关键技术之一。随着相关学科的发展及各种先进技术的应用，机器人的研究与开发越来越受到广泛的重视，具有良好的应用前景。利用机器人进行工作可以缩短生产周期、提高产品质量、改善生产条件。
本文以“环保压缩机装配机器人”为应用背景，对机器人技术进行了探索和研究：探索“工业机器人组合式、模块化设计”方法，基于“组合式+模块化”设计思路研制出“环保压缩机装配机器人”；着重于研究“基于PC的开放式结构控制器”，结合装配机器人实际应用设计控制系统；探讨先进的机器人轨迹规划方法，建立装配机器人的运动学模型，对机器人的轨迹规划进行研究；编制装配机器人控制系统软件程序。
Robotics is the important part of high-tech and it is one of the key technologies achieving automation. With the development of interrelated subjects and the application of all kinds of advanced technologies, people attach importance to the research and exploitation of robotics widely. The application of robot is kept in a good foreground. It can shorten production cycle, improve product quality and reform manufacturing environment.
This paper emphasizes on the research of robotics based on the assembly robot of environmentalism compressor. Searching the way about the design of industrial robot based on combination and modularization, and also manufacturing the assembly robot of environmentalism compressor according to this idea. Emphasizing the research of open system controller based on PC. Designing the control system of the assembly robot following the controller's application. Discussing the advanced methods of path planning. Building up the kinematics model of the assembly robot and researching the robot's path planning. Programming the software program of the assembly robot's control system.
本文以“环保压缩机装配机器人”为应用背景，对机器人技术进行了探索和研究：探索“工业机器人组合式、模块化设计”方法，基于“组合式+模块化”设计思路研制出“环保压缩机装配机器人”；着重于研究“基于PC的开放式结构控制器”，结合装配机器人实际应用设计控制系统；探讨先进的机器人轨迹规划方法，建立装配机器人的运动学模型，对机器人的轨迹规划进行研究；编制装配机器人控制系统软件程序。
Robotics is the important part of high-tech and it is one of the key technologies achieving automation. With the development of interrelated subjects and the application of all kinds of advanced technologies, people attach importance to the research and exploitation of robotics widely. The application of robot is kept in a good foreground. It can shorten production cycle, improve product quality and reform manufacturing environment.
This paper emphasizes on the research of robotics based on the assembly robot of environmentalism compressor. Searching the way about the design of industrial robot based on combination and modularization, and also manufacturing the assembly robot of environmentalism compressor according to this idea. Emphasizing the research of open system controller based on PC. Designing the control system of the assembly robot following the controller's application. Discussing the advanced methods of path planning. Building up the kinematics model of the assembly robot and researching the robot's path planning. Programming the software program of the assembly robot's control system.
引文
[1]．熊有伦，丁汉．机器人学．第1版．北京：机械工业出版社，1992
[2]．马香峰等．工业机器人的操作机设计．冶金工业出版社，1996
[3]．徐元昌等．工业机器人．北京：中国轻工业出版社，1999
[4]．编写组．工业机械手图册．机械工业出版社，1978
[5]．金永南．一种新的机器手运动方程求解方法．机器人．1994(5)：269～274
[6]．张远圻，张兴国．机器人末端执行器的系统研究．机械制造．1997(7)
[7]．张兴国，朱龙彪，刘明．组合式工业机器人的模块化设计研究．南通工学院学报．2001(增刊)
[8]．杨叔子．机械工程控制基础．华中理工大学出版社，1984．
[9]．冯畹艺．电机与电力拖动．中国轻工业出版社，1991
[10]．马深珏．提高光电编码器分辨率的电路设计与分析．电子技术应用．1989(10)
[11]．谭建成．电机控制专用集成电路．机械工业出版社，1997
[12]．杨兴瑶．电动机调速的原理及系统．北京：水利电力出版社，1995
[13]．联合编写组．机械设计手册．北京：化学工业出版社，1989
[14]．诸静．机器人与控制技术．第1版．浙江：浙江大学出版社，1991
[15]．周远清．智能机器人系统．第1版．北京：清华大学出版社，1989
[16]．戴齐．一种求解机器人操作器运动学逆问题的分解算法．机器人．1989(6)：21～27
[17]．蒋平．工作空间坐标下操作器的运动规划与控制．机器人．1991(1)：17～25
[18]．张桂香．计算机控制技术．第2版．成都：电子科技大学出版社，1999
[19]．李士勇．模糊控制、神经控制和智能控制论．第2版．哈尔滨工业大学出版社，1996
[20]．文巨峰，颜景平，李春梅．冗余度机器人运动规划的动态方法．机械设计．2001(8)：36～38
[21]．任重，杨灿军，陈鹰．轨迹规划中的B样条插值算法．机电工程．2001，18(5)：38～39
[22]．汪明恒用于机器人逆运动学分析的几何法及应用．机器人．1989(3)：41～45
[23]．任敬轶，孙汉旭．一种新颖的笛卡尔空间轨迹规划方法．机器人．2002，24(3)：217～221
[24]．刘永超．遗传算法解机械手运动学逆解．机器人．1998，20(6)：421～426
[25]．郑彦兴，韦庆，常文森．机器人装配任务中误差的视觉校正．机器人．2001，23(5)：446～449
[26]．王天然，曲道奎．工业机器人控制系统的开放体系结构．机器人．2002，24(3)：256～261
[27]．费燕琼，赵锡芳．基于C空间法及边界图法的机器人装配几何分析．机器人．2001，21(3)：227～229
[28]．冯光涛，张伟军，赵锡芳，秦志强．机器人装配操作的规划与控制．机器人．2001，23(1)： 78～84
[29]．谭光宇，李广慧，陈栋．基于图的子装配识别与装配序列规划．机器人．2001，23(1)： 68～72
[30]．马化一，张艾群，张竺英．一种基于优化算法的机械手运动学逆解．机器人．2001，23(2)：137～141
[31]．王天然．一个开放式移动机器人体系结构．机器人．1995,17(4)：193～199
[32]．袁军，黄兴汉，陈锦江．机器人装配作业控制技术．机器人．1994，16(1)：56～64
[33]．韩卫军，丁富强，赵锡芳．机器人装配系统产品装配质量影响因素研究．制造业自动化．2002，24(6)：14～18
[34]．谈世哲，梅志千，杨汝清．基于DSP的工业机器人控制器的设计与实现．2002，24(2)：134～139
[35]．庄晓东，孟庆春，殷波，王汝霖，熊建设，王旭柱．动态环境中基于模糊控制的机器人路径搜索方法．机器人．2001，23(5)：397～399
[36]．武洪恩等．含丝杠连杆驱动机构的机器人操作臂广义雅可比．机械设计．2001，9
[37]．王军，苏剑波，席裕庚．基于COM的多传感器机器人系统的软件设计．数据采集与处理．2001，16(3)：388～392
[38]．熊春山，黄心汉，王敏，彭刚．融合图像处理与超声测距的工件精确抓取．机器人．2000，22(3)：183～187
[39]．郝颖明，董再励，王建刚．机器人插件作业的视觉导引方法研究．机器人．2000，22(4)：241～246
[40]．陈峰，丁富强，赵锡芳．双臂机器人无碰撞运动规划．机器人．2002，24(2)：112～114
[41]．王宏杰，颜国正，林良明．基于C／S模型机器人控制器的研究及其应用．机器人．2002，24(3)：228～233
[42]．杨东超，赵明国，陈恳，王永辉．机器人一般自由度计算公式的统一认识．机械设计．2002(8)：24～26
[43]．刘持平，宋如竹．一种提高固定机座工业机器人定位精度的方法．现代制造工程．2002(9)：84～86
[44]．封岸松，戴炬．冗余自由度机械手的避障控制．机器人．2002，24(3)：213～216
[45]．王奇志．PUMA机械手逆运动方程新的推导方法及求解．机器人．1998(2)：81～87
[46]．洪炳容．空间机器人坐标逆变换超高速算法．机器人．1988(3)：45～50
[47]．陆玉昌．机器人．第1版．四川：四川教育出版社，1991
[48]. Milos zefran. Planning of smooth motions. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. 1996:121～126
[49]. Bailin Cao, Gordon I. Dodds. Time-Optimal and Smooth Constrained Path Planning for Robot Manipulators. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. 1994: 1853～1857
[50]. R.H.Taylor. Planning and execution of straight line manipulator trajectories. IBM J. Res. and Development. 1979 (4): 424～436
[51]. Yeong-Hwa Chang. On-line Approximate Cartesian Path Trajectory Planning for Robotics Manipulators. IEEE Transactions on system, Man, and Cybernetics. 1992 (3): 542～547
[52]. Stuart E. Thompson. Formulation of Joint Trajectories for Industrial Robots Using B-Splines. IEEE Trans. on Industrial Electronics. 1987 (2): 192～197
[2]．马香峰等．工业机器人的操作机设计．冶金工业出版社，1996
[3]．徐元昌等．工业机器人．北京：中国轻工业出版社，1999
[4]．编写组．工业机械手图册．机械工业出版社，1978
[5]．金永南．一种新的机器手运动方程求解方法．机器人．1994(5)：269～274
[6]．张远圻，张兴国．机器人末端执行器的系统研究．机械制造．1997(7)
[7]．张兴国，朱龙彪，刘明．组合式工业机器人的模块化设计研究．南通工学院学报．2001(增刊)
[8]．杨叔子．机械工程控制基础．华中理工大学出版社，1984．
[9]．冯畹艺．电机与电力拖动．中国轻工业出版社，1991
[10]．马深珏．提高光电编码器分辨率的电路设计与分析．电子技术应用．1989(10)
[11]．谭建成．电机控制专用集成电路．机械工业出版社，1997
[12]．杨兴瑶．电动机调速的原理及系统．北京：水利电力出版社，1995
[13]．联合编写组．机械设计手册．北京：化学工业出版社，1989
[14]．诸静．机器人与控制技术．第1版．浙江：浙江大学出版社，1991
[15]．周远清．智能机器人系统．第1版．北京：清华大学出版社，1989
[16]．戴齐．一种求解机器人操作器运动学逆问题的分解算法．机器人．1989(6)：21～27
[17]．蒋平．工作空间坐标下操作器的运动规划与控制．机器人．1991(1)：17～25
[18]．张桂香．计算机控制技术．第2版．成都：电子科技大学出版社，1999
[19]．李士勇．模糊控制、神经控制和智能控制论．第2版．哈尔滨工业大学出版社，1996
[20]．文巨峰，颜景平，李春梅．冗余度机器人运动规划的动态方法．机械设计．2001(8)：36～38
[21]．任重，杨灿军，陈鹰．轨迹规划中的B样条插值算法．机电工程．2001，18(5)：38～39
[22]．汪明恒用于机器人逆运动学分析的几何法及应用．机器人．1989(3)：41～45
[23]．任敬轶，孙汉旭．一种新颖的笛卡尔空间轨迹规划方法．机器人．2002，24(3)：217～221
[24]．刘永超．遗传算法解机械手运动学逆解．机器人．1998，20(6)：421～426
[25]．郑彦兴，韦庆，常文森．机器人装配任务中误差的视觉校正．机器人．2001，23(5)：446～449
[26]．王天然，曲道奎．工业机器人控制系统的开放体系结构．机器人．2002，24(3)：256～261
[27]．费燕琼，赵锡芳．基于C空间法及边界图法的机器人装配几何分析．机器人．2001，21(3)：227～229
[28]．冯光涛，张伟军，赵锡芳，秦志强．机器人装配操作的规划与控制．机器人．2001，23(1)： 78～84
[29]．谭光宇，李广慧，陈栋．基于图的子装配识别与装配序列规划．机器人．2001，23(1)： 68～72
[30]．马化一，张艾群，张竺英．一种基于优化算法的机械手运动学逆解．机器人．2001，23(2)：137～141
[31]．王天然．一个开放式移动机器人体系结构．机器人．1995,17(4)：193～199
[32]．袁军，黄兴汉，陈锦江．机器人装配作业控制技术．机器人．1994，16(1)：56～64
[33]．韩卫军，丁富强，赵锡芳．机器人装配系统产品装配质量影响因素研究．制造业自动化．2002，24(6)：14～18
[34]．谈世哲，梅志千，杨汝清．基于DSP的工业机器人控制器的设计与实现．2002，24(2)：134～139
[35]．庄晓东，孟庆春，殷波，王汝霖，熊建设，王旭柱．动态环境中基于模糊控制的机器人路径搜索方法．机器人．2001，23(5)：397～399
[36]．武洪恩等．含丝杠连杆驱动机构的机器人操作臂广义雅可比．机械设计．2001，9
[37]．王军，苏剑波，席裕庚．基于COM的多传感器机器人系统的软件设计．数据采集与处理．2001，16(3)：388～392
[38]．熊春山，黄心汉，王敏，彭刚．融合图像处理与超声测距的工件精确抓取．机器人．2000，22(3)：183～187
[39]．郝颖明，董再励，王建刚．机器人插件作业的视觉导引方法研究．机器人．2000，22(4)：241～246
[40]．陈峰，丁富强，赵锡芳．双臂机器人无碰撞运动规划．机器人．2002，24(2)：112～114
[41]．王宏杰，颜国正，林良明．基于C／S模型机器人控制器的研究及其应用．机器人．2002，24(3)：228～233
[42]．杨东超，赵明国，陈恳，王永辉．机器人一般自由度计算公式的统一认识．机械设计．2002(8)：24～26
[43]．刘持平，宋如竹．一种提高固定机座工业机器人定位精度的方法．现代制造工程．2002(9)：84～86
[44]．封岸松，戴炬．冗余自由度机械手的避障控制．机器人．2002，24(3)：213～216
[45]．王奇志．PUMA机械手逆运动方程新的推导方法及求解．机器人．1998(2)：81～87
[46]．洪炳容．空间机器人坐标逆变换超高速算法．机器人．1988(3)：45～50
[47]．陆玉昌．机器人．第1版．四川：四川教育出版社，1991
[48]. Milos zefran. Planning of smooth motions. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. 1996:121～126
[49]. Bailin Cao, Gordon I. Dodds. Time-Optimal and Smooth Constrained Path Planning for Robot Manipulators. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. 1994: 1853～1857
[50]. R.H.Taylor. Planning and execution of straight line manipulator trajectories. IBM J. Res. and Development. 1979 (4): 424～436
[51]. Yeong-Hwa Chang. On-line Approximate Cartesian Path Trajectory Planning for Robotics Manipulators. IEEE Transactions on system, Man, and Cybernetics. 1992 (3): 542～547
[52]. Stuart E. Thompson. Formulation of Joint Trajectories for Industrial Robots Using B-Splines. IEEE Trans. on Industrial Electronics. 1987 (2): 192～197