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基于网络的异构工业机器人集成技术研究

胡旭东  
【摘要】:1954年,美国人乔治·德沃尔设计了第一台电子可编程的工业机器人,并于1961年发表了该项机器人专利。从此以后,机器人技术突飞猛进,如今,基于网络的机器人遥操作和协同技术又成为机器人研究领域的热点之一。开展基于网络的异构机器人集成技术的研究,对于生产技术的提升,对以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征的基于网络的制造技术都有非常重要的意义。本论文针对异构机器人集成作了深入的研究,论文的主要内容归结如下: 第一章对基于网络的遥操作机器人研究的发展和现状作了全面的分析,在此基础上,提出异构机器人集成技术的主要障碍在于系统的封闭性,解决障碍的方案在于充分利用开放式系统控制器,而利用开放式控制器进行集成的关键技术是要具备一个开放式结构的软件环境的观点。 第二章对常用的机器人专用软件(语言)环境和通用软件环境进行了分析,特别对开放软件环境的实时性要求及现有的实时操作系统作了比较深入的叙述。在此基础上引入Ch软件环境。作为C语言解释器的超级设置,Ch具备工程应用软件环境的基本功能,是一个优秀的工程应用集成软件环境。但是Ch本身不具备实时操作功能,限制了它在工程中的应用。论文对Ch环境的实时控制功能进行拓展,根据Ch的特点,对面向阻塞因子的PCP和CSP协议进行改造,使之更符合实时操作的需要。经测试,这两种协议都能满足实时工作的要求,而CSP协议比PCP协议具有更好的实时响应能力。在本章中作者还开发了基于RT-Linux的Ch下设备驱动程序,使得常用的开放式结构控制器都能够在RT-Linux下的Ch软件环境中运行。 第三章着重讨论在Ch环境下实现基于网络的数据采集技术。作者首先讨论在Ch环境下建立动态链接库的一般方法,在解决将软件供应商提供的设备驱动及应用软件包在Ch环境下进行包装和动态链接问题以后,成功通过网络利用NI公司的AT-MIO-16E-10采样板进行数据采集,并将该技术应用于平皮带传动试验,实验结果证明用该方法实现基于网络的数据采集技术是可行和可靠的。 第四章对基于网络的运动控制器遥操作技术进行研究,论文以美国Delta Tau公司的PMAC和深圳固高公司的多轴运动控制器为代表,开发了Ch下多轴 摘要 运动控制器的动态链接库,并实现多轴运动控制器的遥操作。在本章中还对运 动控制器在遥操作下的响应特性进行了详细研究,实验结果证明PID+前馈控制 的控制方法能够满足机器人关节运动控制的要求。在本章中,作者还对PUMA 机器人原有控制系统进行改造,用开放式结构控制器PMAC取代原有控制器, 实现PUMA机器人基于网络的遥操作,并且推导了PUMA机器人6自由度关节 的逆运动方程,编制了相应程序实现逆运动学在线编程计算; 第五章对气动伺服控制器SPC一200的操作原理进行详细的探讨,将清华紫 光的Unispen绘图/书写笔嵌入到Java Applet,使Java能够在远程调用Unispen 进行绘图或书写,开发了在Ch下SPC控制器驱动的动态连接库,实现对气动机 器人的遥操作。对在网络遥操作情况下气动机器人的动态响应和轨迹跟踪性能 进行研究和测试,证明动态响应与气动伺服机构本身的响应并无差异;遥操作 时的轨迹跟踪能够满足遥临摹的要求,在此基础上,实现了气动书法机器人基 于网络的遥临摹。 第六章以单一计算机平台/相同机器人控制器的机器人系统集成和不同计算 机平台/不同机器人控制器的机器人系统集成问题为例子,系统地研究了在Ch 环境下异构机器人系统集成技术,特别研究了机器视觉与气动伺服控制器结 合,利用机器视觉系统对物体进行识别,通过网络实现气动伺服控制器遥 操作技术 第七章作为全文的总结,对论文的主要内容进行回顾,罗列了本文的 主要结论和创新点。 关键词:机器人开放式结构实时操作集成遥操作


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