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GDL拾放机械手控制系统设计与实现

作　者: 何崇东
导　师: 尹周平; 陈建魁
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 机械手控制控制系统力位控制模糊自适应轨迹规划
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 14次
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内容摘要

进入21世纪以来，新能源燃料电池因其清洁无污染性，已被公认为下一代先进的发电技术之一，具有广泛的应用前景和市场需求。其中质子交换膜燃料电池膜电极制造的关键工艺是质子交换膜与气体扩散层（GDL）的叠层工艺。本文针对膜电极制造叠层工艺中的GDL快速转移，研究用于GDL拾放的机械手控制系统设计与实现，主要包括以下几点内容：1、根据膜电极制造工艺的要求，分析GDL快速转移的实际工况对控制系统设计的要求，进行机械手控制系统方案设计和关键部件的选型。2、为满足拾放过程对机械手的控制要求，分析机械手拾取或贴放的具体过程；分别利用分析法和系统辨识法对机械手末端伺服进给系统和力传感器进行建模。在此基础上针对拾放过程的不同阶段，采用不同的控制策略，提出自由运动阶段时采用基于前馈控制的位置控制策略和约束运动阶段时采用模糊自适应算法的力外环控制策略。通过仿真分析，所提出的位置和力控制策略能够达到较好的控制效果。3、为达到机械手拾放效率指标，对机械手完成整个拾放动作进行轨迹规划。建立机械手运动学正解和逆解方程；针对机械手空间转移，提出采用纯S型速度曲线的运动轨迹；对机械手拾取过程，采用高阶多项式插值的轨迹规划方法，解决模式切换时的系统冲击效应。通过仿真验证了所提出的运动轨迹规划的有效性。4、本文对机械手力位控制和轨迹规划进行相关实验研究，进一步验证了所提出的位置控制策略和轨迹规划算法的控制效果。实验表明所提出的位置控制策略具有更快的响应性、更强的适应性和鲁棒性；所提出的轨迹规划算法具有更好的平稳性。本文的研究成果已运用在燃料电池GDL连续化叠层设备的机械手模块上，取得了良好的控制效果。所提出的力位控制策略和轨迹规划算法也可推广到IC制造装备中芯片的拾放，以及其他需要精密定位和精确拾放操作的场合中，具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题背景、目的和意义  8-10
  1.3 相关技术国内外研究现状  10-13
  1.4 本文的主要研究内容  13-15
2 GDL 拾放机械手控制系统设计  15-26
  2.1 工况需求及机构组成  16-18
  2.2 机械手控制系统设计  18-24
  2.3 机械手动作流程  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 机械手拾放过程中力位控制研究  26-48
  3.1 机械手拾放过程分析  26-28
  3.2 机械手拾放过程系统建模  28-33
  3.3 拾放过程的控制策略与方法  33-35
  3.4 模糊自适应力控制器的设计  35-39
  3.5 拾放过程运动控制仿真及分析  39-47
  3.6 本章小结  47-48
4 机械手运动轨迹规划  48-61
  4.1 机械手运动学分析  48-50
  4.2 机械手运动轨迹规划  50-55
  4.3 轨迹规划仿真分析  55-60
  4.4 本章小结  60-61
5 机械手控制系统实现与实验研究  61-72
  5.1 GDL 连续化叠层设备介绍  61-62
  5.2 前馈位置控制的实现与实验  62-66
  5.3 轨迹规划实验研究  66-70
  5.4 机械手拾放 GDL 对位效果  70-71
  5.5 本章小结  71-72
6 总结与展望  72-74
  6.1 总结  72-73
  6.2 展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录  78-79
附录 2 攻读硕士学位期间申请专利目录  79-80
附录 3 机械手对位实验数据  80

GDL拾放机械手控制系统设计与实现

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