摘要:机器人等离子弧切割与非机器人切割设备相比，由于其智能性，对于复杂多变的产品的切割拥有极高的适应性，因此，在材料切割领域机器人等离子弧切割正在走向主流地位。

日系工业机器人，由于其系统开放性的局限，往往功能单一，不能满足高校实验室复杂多变的科研需求。本校实验室的IRB1410弧焊机器人属于欧系机器人系统具有一定的开放性，但是目前只配用了MIG/MANG焊接设备，因而功能单一。为了满足越来越多的不同的科研试验需求，本课题基于IRB1410弧焊机器人系统的开放性，进行等离子弧切割功能扩展的技术方案的研究及概念设计。

本课题首先研究了等离子弧切割的原理、设备、工艺，在此基础上对等离子切割设备系统及其PLC控制系统进行了概念设计。其次，对等离子切割设备与机器人之间的接口进行了概念设计。通过该接口实现等离子弧切割设备与工业机器人的系统集成，达到功能扩展的目的。

关键词：工业机器人 电源 切割 等离子 PLC 扩展

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 研究目的及意义-1

1.2 等离子弧切割技术-1

1.2.1 等离子弧切割的发展-1

1.2.2 等离子弧切割存在的主要问题及其研发的主要方向-1

1.2 工业机器人-2

1.3.1 工业机器人的定义及其优点-2

1.3.2 全球工业机器人的发展-2

1.3.3 国内工业机器人的发展-4

第二章 空气等离子弧切割原理、设备及工艺研究-6

2.1 空气等离子弧切割原理-6

2.2 空气等离子弧切割设备-6

2.2.1 基本组成-6

2.2.2 接口分析-9

2.3 空气等离子弧切割工艺规律-9

2.4 空气等离子弧切割工艺流程分析-11

2.4.1 准备工作-11

2.4.2 切割程序-12

第三章 空气等离子弧切割电源的选型设计-13

3.1 对切割电源的要求-13

3.2 切割电源的分类-13

3.3 切割电源的选择-14

3.4 IGBT逆变式空气等离子弧切割电源-14

3.4.1主电路原理-14

3.4.2 电源的电气特性-15

第四章 空气等离子弧切割的PLC控制系统的设计-17

4.1切割工艺过程中的控制参数-17

4.2 控制要求-17

4.3 确定PLC的I/O点数并选择PLC型号-17

4.5 PLC控制系统程序设计-19

第五章 工业机器人的分类、基本组成及其接口分析-21

5.1 工业机器人分类-21

5.2 工业机器人的基本组成-22

5.2.1 控制系统-22

5.2.2 机械结构系统-22

5.2.3 驱动系统-23

5.2.4 感受系统-23

5.2.5 人-机交互系统-24

5.2.6 机器人-环境交互系统-24

5.3 工业机器人接口-24

第六章 工业机器人的运动学、动力学及其控制系统分析-25

6.1 工业机器人的运动学分析-25

6.1.1 六连杆机器人机构运动学方程的建立-25

6.1.2 六连杆机器人的正运动学方程-27

6.1.3 六连杆机器人运动学方程的逆解-29

6.2 工业机器人动力学分析-29

3.2.1 工业机器人动力学分析的两类问题-29

3.2.2.拉格朗日方程-30

6.2.3关节空间和操作空间动力学-30

6.3 工业机器人的控制系统-31

6.3.1 工业机器人的运动控制-31

6.3.2工业机器人的控制方式-32

第七章 结论-34

参考文献-35

致谢-36