超声检测机械手运动控制及仿真

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1、超声检测机械手运动控制及仿真李信良2015年1月中图分类号：TB553UDC分类号：621超声检测机械手运动控制及仿真作者姓名李信良学院名称机械与车辆学院指导教师郝娟副教授答辩委员会主席徐春广教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月MotionControlandSimulationofUltrasonicTestingManipulatorCandidateName：XinliangLiSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.Juan

2、HaoChair,ThesisCommittee：Prof.ChunguangXuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015北京理工大学硕士学位论文摘要自动化超声无损检测是超声检测的一个重要发展方向。目前，超声无损检测自动化的可检测对象还较少，主要是一些平面工件、圆筒、简单曲面等形状简单的工件，对具有复杂形状、变厚度的曲面工件的研究较少，如铣刀、叶片等。将多轴机械手应用到无损检测领域有

3、望解决复杂曲面的有效检测难题。目前商业化的机械手控制系统开放性不高，不能满足特殊应用，如结构改造不被允许，与超声检测设备同步存在技术问题等弊端，因此，在本文中，基于MOTOMANMA1400六自由度机械手的硬件结构，进行超声检测机械手运动控制部分的研制，以及建立起超声检测运动仿真系统。选择“PC+运动控制卡”的控制方式，采用TurboPMAC2-Clipper运动控制卡作为机械手控制系统的核心部分，选用安川的SGM系列的驱动器和对应的伺服电机，构建起超声检测机械手硬件系统。在进行机械手运动控制时，运动学分析是其中关键的一步，针对MOTOMANMA1400机械手结构特点，根据Pieper准则，

4、发现无解析解，采用一种几何法和迭代法相结合的方法，求解出机械手运动学逆解。在此基础上实现机械手的运动控制，同时建立起超声检测机械手的控制软件部分：（1）基于OpenCASCADE构建超声检测机械手运动仿真系统；（2）基于PCOMMSERVER动态库构建PMAC运动控制系统。前者实现正逆运动学计算和机械手运动仿真，后者实现机械手的运动控制，并通过实验进行验证。关键词：超声检测；机械手；运动学分析；PMAC运动控制卡；OpenCASCADEI北京理工大学硕士学位论文AbstractAutomaticultrasonicnon-detectedtestingisasignificantdevelo

5、pmentdirectionofultrasonictesting.However,itscurrenttestingobjectsareverylimited,whichmainlyfocusontheworkpieceswithsimpleshapesuchasplaneworkpieces,cylinders,andsurface,andlessattentionwaspaidonthecurvedsurfaceworkpieceswithcomplexshapeandvariablethickness,suchasmillingcutterandblade.Applyingmulti

6、-axismanipulatorintonon-detectedtestingfieldisexpectedtosolvetheeffectivetestingforcomplexsurfaceworkpieces.Atpresent,commercialmanipulatorcontrolsystemisnotopenenoughtomeetspecialdemands,forinstance,unavailabilityofstructuraltransformation,andtechnicalproblemssynchronizedwithultrasonictestingequip

7、ment.Therefore,inthispaper,basedonthehardwarestructureofMOTOMANMA1400manipulator,themotioncontrolandoff-linesimulatingsystemofultrasonictestingmanipulatorwasdeveloped.The‘PC+motioncontrolcard’waschoseinthis