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七轴TIG焊机器人示教系统设计

作　者: 柏久阳
导　师: 王滨
学　校: 沈阳大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TIG焊机器人示教再现系统 PIC16F877A Visual Basic6.0
分类号: TG409
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着计算机技术、信息技术及机电一体化技术的快速发展，也促使了焊接生产自动化技术的不断提高，而在所有的自动化焊接技术中尤其以焊接机器人技术最为显著。在焊接过程中广泛使用焊接机器人技术可以改善焊接质量、提高生产效率、降低生产成本和减少工人劳动强度。目前的焊接机器人大多为示教再现机器人，需要经过示教过程才能准确而高效地执行焊接操作，而示教系统作为焊接机器人的控制系统，其性能的好坏直接影响着整个机器人的运行情况。本文的研究课题就是七轴TIG（钨极氩弧焊）焊机器人示教系统设计。本文首先分析了当前的TIG焊机器人技术背景，相应提出一款新型七轴TIG焊机器人，该型机器人具有结构简单、可实现大规模定制和专机性强等优点。在机械结构和驱动系统设计部分，本文完成了七轴TIG焊机器人的机械结构设计，包括直角机构的设计、变位机构的改造和关节机构的设计。同时，对TIG焊机器人的伺服驱动系统进行了设计。在图形用户界面（GUI）设计部分，本文基于Visual Basic IDE设计了一款针对该款TIG焊机器人的图形用户界面系统，包括初始化界面、轨迹学习界面、示教再现界面和焊接参数设定界面。同时，对16位的信息代码进行了详细的定义。在电路设计部分，本文基于Protel99SE设计了一套针对该款机器人的控制电路，包括总原理图设计、电源模块设计、协控模块设计和执控模块设计。同时，根据该电路图设计了印制电路板（PCB）。在程序设计部分，本文利用Mplab IDE对各主控芯片进行了基于C语言的模块化设计，包括协控单片机的程序设计和执控单片机的程序设计。在仿真部分，本文基于Protues ISIS对TIG焊机器人示教系统的每个模块进行仿真。在实验部分，本文基于TIG焊机器实体和实验电路进行了轨迹示教再现实验，包括单轴轨迹示教再现实验和多轴轨迹示教再现实验，实验结果满足设计要求。

全文目录

论文摘要  5-6
Abstract of Thesis  6-11
1 绪论  11-15
  1.1 自动化 TIG 焊技术及其发展  11-12
    1.1.1 TIG 焊技术  11
    1.1.2 自动化 TIG 焊技术及其发展  11-12
  1.2 TIG 焊机器人示教系统研究的背景及意义  12-14
  1.3 本课题研究重点和预期目标  14
    1.3.1 本课题研究重点  14
    1.3.2 预期目标  14
  1.4 小结  14-15
2 TIG 焊机器人示教系统设计规划  15-17
  2.1 TIG 焊机器人系统  15
  2.2 示教系统  15-16
  2.3 设计规划  16
  2.4 小结  16-17
3 TIG 焊机器人机械结构及驱动系统设计  17-25
  3.1 TIG 焊机器人机械结构的设计  17-21
    3.1.1 机械结构总体设计  17-18
    3.1.2 TIG 焊机器人直角机构设计  18-20
    3.1.3 TIG 焊机器人关节机构设计  20-21
    3.1.4 TIG 焊机器人变位机构设计  21
  3.2 伺服驱动系统设计  21-24
    3.2.1 驱动系统设计  22-23
    3.2.2 伺服控制系统设计  23-24
  3.3 小结  24-25
4 TIG 焊机器人示教系统的图形用户界面系统设计  25-39
  4.1 图形用户界面系统的总体规划  25-27
    4.1.1 图形用户界面系统的功能  25
    4.1.2 通信模块设计  25-27
  4.2 初始化界面设计  27-30
    4.2.1 初始化界面的功能  27-28
    4.2.2 初始化界面的控件设置  28-29
    4.2.3 初始化界面程序设计  29-30
  4.3 轨迹学习界面设计  30-32
    4.3.1 轨迹学习界面的功能  30-31
    4.3.2 轨迹学习界面的控件设置  31-32
    4.3.3 轨迹学习界面的程序设计  32
  4.4 焊接参数设定界面设计  32-34
    4.4.1 焊接参数设定界面的功能  32-33
    4.4.2 焊接参数设定界面的控件设置  33-34
    4.4.3 焊接参数设定界面的程序设计  34
  4.5 示教再现界面设计  34-35
    4.5.1 示教再现界面的功能  34-35
    4.5.2 示教再现界面的控件设置  35
  4.6 TIG 焊机器人代码规则设计  35-37
  4.7 小结  37-39
5 TIG 焊机器人示教系统电路设计  39-51
  5.1 总原理图设计  39-40
  5.2 电源模块电路设计  40-43
    5.2.1 电源模块原理图绘制  40
    5.2.2 电源模块功能  40-42
    5.2.3 电源模块元件选择  42-43
  5.3 协控模块电路设计  43-45
    5.3.1 协控模块原理图绘制  43
    5.3.2 协调模块的功能  43-45
    5.3.3 协控模块元件选择  45
  5.4 执控模块电路设计  45-48
    5.4.1 执控模块原理图绘制  45-46
    5.4.2 执控模块的功能  46-47
    5.4.3 执制模块元件选择  47-48
  5.5 PCB 设计  48-50
    5.5.1 PCB 的总体设计  48
    5.5.2 PCB 的元件布局  48-49
    5.5.3 PCB 的布线  49-50
  5.6 小结  50-51
6 TIG 焊机器人示教系统程序设计  51-73
  6.1 程序设计总体规划  51-54
    6.1.1 控制网络  51-52
    6.1.2 步进电机的闭环控制  52
    6.1.3 示教再现原理  52-53
    6.1.4 协调联动机制  53-54
  6.2 协控核心程序设计  54-61
    6.2.1 协控核心的任务  54
    6.2.2 协控核心主程序设计  54-57
    6.2.3 USART 通信模块相关程序设计  57-58
    6.2.4 IIC 通信模块相关程序设计  58-59
    6.2.5 协调联动模块相关程序设计  59-60
    6.2.6 编码、译码模块相关程序设计  60-61
  6.3 执控核心程序设计  61-72
    6.3.1 执控核心的任务  61-62
    6.3.2 执控核心主程序设计  62-64
    6.3.3 IIC 通信模块相关程序设计  64-66
    6.3.4 运动控制模块相关程序设计  66-68
    6.3.5 位置反馈模块程序设计  68-70
    6.3.6 轨迹学习模块程序设计  70-71
    6.3.7 示教再现模块程序设计  71-72
  6.4 小结  72-73
7 仿真和实验  73-83
  7.1 仿真  73-78
    7.1.1 USART 通信模块的仿真  73-74
    7.1.2 IIC 通信模块仿真  74-75
    7.1.3 译码模块仿真  75-76
    7.1.4 运动控制模块仿真  76-77
    7.1.5 位置反馈模块仿真  77-78
  7.2 实验  78-81
    7.2.1 单轴运动轨迹示教再现实验  79-80
    7.2.2 多轴运动轨迹示教再现实验  80-81
  7.3 小结  81-83
8 结论  83-85
参考文献  85-87
在学期间研究成果  87-89
致谢  89-90

七轴TIG焊机器人示教系统设计

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