工业机器人是衡量一个国家工业自动化水平的重要体现。工业零件的加工中,现场生产条件恶劣,且有很大的安全隐患。工业机器人可以将人类从繁重、恶劣的工作环境中部分解脱出来。本课题针对石油化工领域的钢制球形储罐设计了曲面板切割机器人,对其伺服控制系统和轨迹插补算法进行了详细的研究。仿真验证设计结果并进行现场调试,验证设计的可行性。本文以机器人视觉伺服控制系统为研究核心,搭建机器人的运动控制系统。机器人检测装置为结构光视觉,用以检测目标对象的位姿变化。机器人的执行器为永磁同步电机(PMSM),建立永磁同步电机的矢量控制模型,设计了基于矢量控制的PMSM三闭环伺服控制系统。依据工程实际要求,考虑电机伺服控制系统的跟随性和抗扰性,对电流环、速度环、位置环各调节器的参数进行设计。课题研究的工业机器人是在恶劣的工业环境中工作,抗干扰性是控制系统设计的关键。对永磁同步电机伺服控制系统的设计进行仿真实验,验证各调节器参数的设计,给出仿真结果。轨迹插补算法是机器人运动控制器的核心。课题使用的DMC2610运动控制卡可以直接进行简单的直线和圆弧插补,满足部分轨迹插补的要求。但简单直线、圆弧组合而成的曲线难以满足复杂曲线、曲面的要求。样条插补算法不仅能够精确统一地表示出解析曲线,还能用来描述自由曲线。非均匀有理B样条(NURBS)插补算法可以用来精确表达自由曲线,阶次越高,表达越准确,计算量越大。本文在NURBS算法基础上提出了变步长轨迹插补算法,依曲线曲率的不同进行不同步长的插补运动,兼顾插补算法的速度和精度。对插补算法的设计进行了仿真和现场调试,验证了插补算法设计的合理性。本文设计的工业机器人运动控制系统稳定性高、实时性好,并且有很强的抗干扰能力。工业现场的调试结果表明,设计的工业机器人可以满足工程需要的精度和工作速度,能够经受长期连续工作的考验。