【摘 要】
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在工业4.0时代背景下,用于自动化生产的SCARA机器人市场需求不断增加,其面临的生产环境亦日益复杂。基于传统总线协议的SCARA机器人控制系统受限于陈旧的协议和硬件标准,在实时性、成本和实用性等方面已难以满足生产环境对机器人控制系统的要求。针对传统总线实时性低、成本高、实用性差等缺点,本文研究实现了基于实时工业以太网EtherCAT的SCARA机器人控制系统。将本文设计的机器人控制系统应用于雅马
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在工业4.0时代背景下,用于自动化生产的SCARA机器人市场需求不断增加,其面临的生产环境亦日益复杂。基于传统总线协议的SCARA机器人控制系统受限于陈旧的协议和硬件标准,在实时性、成本和实用性等方面已难以满足生产环境对机器人控制系统的要求。针对传统总线实时性低、成本高、实用性差等缺点,本文研究实现了基于实时工业以太网EtherCAT的SCARA机器人控制系统。将本文设计的机器人控制系统应用于雅马哈SCARA本体,通过EtherCAT协议能实时稳定与伺服驱动器从站交互插补数据,控制SCARA机器人按指定轨迹运动。本文主要研究内容如下:首先,研究了EtherCAT通信协议原理,基于协议原理,实现了具有自主知识产权的EtherCAT主站协议栈,将其集成在SCARA机器人控制系统中,完成了SCARA机器人控制系统的EtherCAT主站通信功能。其次,研究了机器人的运动学建模方法,通过D-H参数法和几何法实现了SCARA机器人的正逆运动学算法。对SCARA机器人控制系统的轨迹插补和速度规划算法进行了深入研究,实现了直线插补、空间圆弧插补、对称S型速度规划和T型速度规划算法。提出了基于卷积的非对称S型速度规划算法,有效解决了对称S型速度规划算法复杂度高的问题,完成了SCARA机器人控制系统的运动控制功能。再次,设计了SCARA机器人控制系统中的机器人语言,阐明了机器人语言的基本指令、运动指令、多任务指令的实现原理;完成了SCARA机器人控制系统上位机软件中机器人语言程序的编辑和调试功能,实现了SCARA机器人控制系统中的人机交互功能。最后,设计实验验证了本文实现的SCARA机器人控制系统的实时性、准确性、可行性和实用性。实验结果表明,该控制系统实时抖动小于1μs,仅占任务周期的0.1%;周期性数据和非周期性数据能准确交互;能控制机器人本体完成指定的轨迹运动。满足日益复杂的生产环境对SCARA机器人控制系统实时性、成本和实用性的要求。
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