弧焊機器人作為工業機器人中使用最為廣泛的一種機器人，其控制系統的研究一直是行業的熱點。針對常規示教再現型系統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計了一套包括示教再現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，借此使用者可以利用示教功能進行非焊縫跟蹤任務的示教，利用視覺功能實現焊縫的自動跟蹤。圍繞該控制系統的設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控制場合特點構建機器人控制系統的硬件結構：針對傳統PC系統體積大、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機器人的運動規劃，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建視覺處理和任務規劃子系統模塊。

　　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動態阻尼系數構建方式，以此來提高機器人運動規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過渡，在此基礎上給出了機器人速度級上的閉環逆解算法。算法通過MATLAB進行仿真驗證，并與傳統的動態阻尼系數法進行了對比。

　　同樣是出于對弧焊機器人運動平穩性的考慮，在軌跡規劃時采用正弦曲線優化后的S型加減速算法對空間直線和圓弧進行插補。在姿態規劃的過程中，引入單位四元數構造五次樣條姿態曲線來實現姿態的高階連續軌跡規劃。針對示教連續軌跡銜接處的速度、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，結合點結構光掃描式傳感器，構建了手眼方式的焊縫視覺跟蹤系統，為了提高手眼標定精度，在五點標定法的基礎上利用格拉姆矩陣構造矩陣列向量組的線性無關度度量因子。之后結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環境，為嵌入式運動控制器定制和移植了WinCE操作系統，并基于“HOST/TARGET”嵌入式軟件開發模式分別采用QT和VS2008開發嵌入式Linux環境和WinCE環境下的子系統軟件，利用TCP/IP協議實現各硬件單元間的信息通訊，通過實驗驗證了該控制系統的有效性。
?