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摘 要

近年我国制造业转型的步伐跨度越来越大，速度也越来越快，工业机器人在焊接、喷涂等领域中的应用也越来越广泛。围绕工业机器人的研究工作从基础理论到实际应用涉及各种各样的水平。与传统工业机器人相比，五轴或六轴新型工业机器人具有较高的控制精度，性能好，自动化程度高活动于我国市场上。然而，现存大多数新型工业机器人都存在控制系统复杂，控制系统基于的开发平台不唯一导致系统通用性不高等问题。为此，本文针对六轴工业机器人控制系统复杂问题，介绍了协作机器人基于ROS系统的控制系统和基于PLC的协作机器人底座的控制。

首先，进行协作机器人底座的机械硬件结构分析和协作机器人硬件说明以及其运动学分析。

其次，进行了协作机器人底座控制系统设计。通过PROFINET通讯方式，实现PC端与机器人之间的通信和数据的交互。

最后，进行了协作机器人基于ROS系统控制系统设计。使用Moveit !对协作机器人进行了构型和路径规划，并通过RVIZ进行了可视化编辑。对协作机器人的控制系统进行了仿真和调试。到目前为止，协作机器人控制系统的开发已经基本完成。

关键字：协作工业机器人；运动学分析；ROS系统；PROFINET通信

Design of control system for Cooperative industrial robot

Abstract

With the rapid transformation and upgrading of the intelligent manufacturing industry in China, industrial robots are more and more widely used in the fields of handling, palletizing, welding, spraying and so on.Compared with the traditional industrial robots, five axis or six axis new industrial robots are active in the market of our country with high control precision, good performance and high degree of automation. However, most of the existing new industrial robots have the problems of complex control system and the development platform based on which the control system is not unique, which leads to the low universality of the system. Therefore, aiming at the complex problem of six axis industrial robot control system, this paper proposes a control system design of cooperative robot and its base based on ROS system.

Firstly, the structure and kinematics of the cooperative robot are analyzed.

Secondly, the base control system of cooperative robot is designed. Through PROFINET communication mode, the communication and data interaction between PC and robot are realized.

Finally, the control system of cooperative robot based on ROS system is designed. Use moveit! The configuration and path planning of the cooperative robot are carried out, and the visual editing is carried out through rviz; The simulation and debugging of the cooperative robot control system are carried out. So far, the development of cooperative robot control system is basically completed.

Keywords: Cooperative Industrial Robot；Kinematic Analysis；ROS System；PROFINET Communication

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2工业机器人发展现状 1

1.2.1国外工业机器人发展现状 1

1.2.2国内工业机器人发展现状 1

1.3课题主要研究内容 2

第二章 协作机器人结构及运动分析 3

2.1协作机器人总体结构模型 3

2.1.1协作机器人模型介绍 3

2.1.2机器人组成构建 3

2.2协作机器人底座 3

2.2.1协作机器人底座结构 3

2.2.2协作机器人底座硬件 4

2.2.3控制系统元件选型 4

2.3协作机器人的机械结构 7

2.4 UR3机器人运动学分析 7

2.4.1 UR3机器人正运动学 8

2.4.2 UR3机器人逆运动学 9

第三章 协作机器人底座控制系统设计 11

3.1 PLC控制程序编写 11

3.1.1 程序设计 11

3.1.2 通讯模块 11

3.1.3 运动控制部分 11

3.2 PC端界面设计 17

第四章 协作机器人基于ROS系统的控制系统设计 22

4.1控制系统开发平台选择 22

4.1.1 ROS系统概述 22

4.1.2 ROS系统特点与架构 22

4.2 基于ROS系统的UR3机器人配置 22

4.2.1 基于Moveit!的综合配置 22

4.2.2 可视化界面搭建 24

第五章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

致谢 29

参考文献 30

1. 绪论

1.1 选题背景与意义

20世纪以来，工业进入高速发展阶段，各种技术不断更替和发现，人类的科技技术日新月异。其中机器人技术尤为重要。近年，协作机器人以高自动化和高灵活性等特点深受各大高校和研究所的关注和研究，一直是国内研究领域的重点关注对象。

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