近年来“德国工业4.0”、“中国制造2025”等概念的不断提出,表明了先进的制造技术已成为了各国制造业竞争的关键因素。工业机器人作为自动化、精密化、智能化的设备在提高制造业生产力方面有着重要的战略地位。其中六轴工业机器人比传统的三轴和四轴机器人有着更高的运动灵活性。六轴工业机器人主要包含控制系统、机器人本体和驱动系统三个部分。本文从控制系统方面确立研究目标,工作内容包括:(1)研究了一种可靠性好、抗干扰性强的实时工业以太网技术—EtherCAT。分析了EtherCAT的通信协议,通过TwinCAT搭建了主站和从站,完成对六轴工业机器人的控制。(2)根据D-H建模理论得到六轴工业机器人的模型,分析了六轴工业机器人的正运动学和逆运动学,并推导出逆运动学的解析解。通过雅可比矩阵的不可逆,推导出六轴工业机器人的奇异位,划分了关节属性,根据关节属性选取逆运动学多重解中的一组并通过Matlab平台进行仿真验证。(3)在之前章节的基础上,研究了六轴工业机器人的轨迹规划。分析了关节空间中的速度约束和加速度约束的插值算法,采用启发函数的方法解决中间点速度、加速度的指定问题。分析了笛卡尔空间中的直线插补和圆弧插补,将圆弧插补与起终点定的优劣弧联系起来,简化了判断的条件。(4)为六轴工业机器人设计了PI+重力补偿的控制器。利用Mathematic平台,通过拉格朗日方程推导出各个关节的重力矩的解析式,仿真出重力矩的变化范围。并且通过对瞬时电流的积分来估算电机的热能,对控制器的输出进行了饱和限制,旨在确保电机的温度不会过高而烧毁。(5)结合前面章节的研究内容,为机器人设计了控制系统软件,采用了模块化的思想将任务分为运动控制模块和Visualization模块。介绍了整体的控制架构,控制功能任务分配,各模块的实现方法,并且通过实例来进行验证。