文档介绍：分类号密级
硕士学位论文
题目：装箱机器人控制系统开发
英文并列题目： The Development of Packaging Robot Control
System
研究生：成津赛
专业：机械电子工程
研究方向：机器人技术
导师：张秋菊教授
指导小组成员：
学位授予日期： 2015 年 6 月 19 日
答辩委员会主席：平雪良
江南大学
地址：无锡市蠡湖大道 1800 号
二○一五年六月
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宂工作及取
得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文
中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含本人为获得江南
大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志
对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
签名:日期: 年W 曰
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保密的学位论文在解密后也遵守此规定。
签名：导师签名：嗓狀驾
日期： •年b 月$ 日
摘要
摘要
机器人作为一种先进的制造装备，已经被广泛应用于各个行业。在机器人的研发与
设计过程中，机器人控制系统的研究与开发一直是人们探讨的热点之一。
作为工业机器人的一种，包装机器人在包装行业的应用非常广泛，主要包括装箱机
器人，搬运机器人，码垛机器人，装袋机器人，灌装机器人等。包装机器人的广泛应用
大幅降低人力资源的消耗，而且在恶劣环境中，能够降低操作安全风险，同时，提高包
装的质量与操作稳定性，从而提高效率。本文选择五自由度机器人作为装箱机器人研究
对象，开发了基于运动控制器的机器人控制系统，最终将其应用于 FANUC LR MATE
100i 五自由度机器人上，并实现了对其的控制。主要研究内容如下：
首先，本文为实现对食品，香烟，药品等轻质量物件的装箱操作，分析现有不同自
由度机器人各自的用途与特点，选择五自由度机器人作为装箱机器人研究对象，设计开
放式控制系统总体方案，选用 GUC-T 系列的运动控制器进行系统运动学计算及轨迹规
划，采用 CDHD 系列的伺服驱动器驱动电机，在此基础上，为装箱机器人控制系统设
计控制柜外形尺寸及总电路图。
随后，对装箱机器人进行了运动学分析，运用 D-H 法则建立了机器人运动学模型，
并对机器人运动学正反解进行了求解。在此基础上，对机器人笛卡尔空间的轨迹规划进
行研究，实现了机器人笛卡尔空间的空间直线插补运动及空间圆弧插补运动。针对欧拉
角姿态表示方式存在奇异性以及姿态过渡不平稳的问题，采用四元数表示机器人姿态，
并提出机器人姿态四元数直接逆解的方法，舍去姿态四元数需转化为姿态矩阵的过程，
简化计算过程，提高了程序的