弧焊機器人作為工業(yè)機器人中使用最為廣泛的一種機器人，其控制系統(tǒng)的研究一直是行業(yè)的熱點。針對常規(guī)示教再現(xiàn)型系統(tǒng)無法滿足復雜焊縫加工精度的問題，本文基于GUC-T嵌入式運動控制器設(shè)計了一套包括示教再現(xiàn)和視覺傳感自動跟蹤兩大核心功能的六軸弧焊機器人控制系統(tǒng)，借此使用者可以利用示教功能進行非焊縫跟蹤任務(wù)的示教，利用視覺功能實現(xiàn)焊縫的自動跟蹤。圍繞該控制系統(tǒng)的設(shè)計本課題展開了以下研究工作：

　　首先基于機器人的功能需求和實際工業(yè)控制場合特點構(gòu)建機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)：針對傳統(tǒng)PC系統(tǒng)體積大、實時性差、抗干擾能力弱的問題，本文采用GUC-T嵌入式運動控制器實現(xiàn)機器人的運動規(guī)劃，同時為了減輕運動控制器的資源負擔，引入顯控一體計算機構(gòu)建視覺處理和任務(wù)規(guī)劃子系統(tǒng)模塊。

　　對弧焊機器人的運動學模型進行分析。為了滿足弧焊機器人焊接過程中的平穩(wěn)性需求，本文基于雅克比矩陣奇異值分解，提出了一種新的自適應(yīng)動態(tài)阻尼系數(shù)構(gòu)建方式，以此來提高機器人運動規(guī)劃過程中的奇異魯棒性，使得機器人在面對奇異問題時能夠平穩(wěn)過渡，在此基礎(chǔ)上給出了機器人速度級上的閉環(huán)逆解算法。算法通過MATLAB進行仿真驗證，并與傳統(tǒng)的動態(tài)阻尼系數(shù)法進行了對比。

　　同樣是出于對弧焊機器人運動平穩(wěn)性的考慮，在軌跡規(guī)劃時采用正弦曲線優(yōu)化后的S型加減速算法對空間直線和圓弧進行插補。在姿態(tài)規(guī)劃的過程中，引入單位四元數(shù)構(gòu)造五次樣條姿態(tài)曲線來實現(xiàn)姿態(tài)的高階連續(xù)軌跡規(guī)劃。針對示教連續(xù)軌跡銜接處的速度、加速度突變問題，引入五次貝塞爾曲線來構(gòu)造過渡段軌跡，并進行了MATLAB的算法仿真驗證試驗。

　　在視覺跟蹤部分，結(jié)合點結(jié)構(gòu)光掃描式傳感器，構(gòu)建了手眼方式的焊縫視覺跟蹤系統(tǒng)，為了提高手眼標定精度，在五點標定法的基礎(chǔ)上利用格拉姆矩陣構(gòu)造矩陣列向量組的線性無關(guān)度度量因子。之后結(jié)合分解速度運動控制給出了焊縫實時糾偏的運動控制算法。

　　最后，在硬件平臺上搭建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，為嵌入式運動控制器定制和移植了WinCE操作系統(tǒng)，并基于“HOST/TARGET”嵌入式軟件開發(fā)模式分別采用QT和VS2008開發(fā)嵌入式Linux環(huán)境和WinCE環(huán)境下的子系統(tǒng)軟件，利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)各硬件單元間的信息通訊，通過實驗驗證了該控制系統(tǒng)的有效性。
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