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通用开关机器人检测平台的研究

作 者: 尤跃东
导 师: 殷跃红
学 校: 上海交通大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 开关检测 机器人 开放式控制系统 Turbo PMAC 伺服控制系统
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 33次
引 用: 0次
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内容摘要


针对我国开关检测中自动化程度低、检测手段落后、检测项目单一等问题,并结合开关检测中不同的运动控制、力控制等需求,论文提出了基于IPC和Turbo PMAC的双CPU开放式控制平台,用于开关的检测,以满足开关样式、功能日趋多样化的需求。平台由3套4自由度检测机器人组成,不仅适用于通用开关的检测,而且具有相应的开放性,能够被快速地重新配置、扩充,真正实现开关检测的开放性功能。论文首先针对检测机器人的设计指标和开关检测的工作特点,设计了4自由度直角坐标型检测机器人。设计过程中,对重要机械结构及伺服电机进行了计算、校核和选用,确保了机械传动部件的精度和刚度。并根据通用开关的外形特征设计了2套通用开关夹具及多套开关检测末端执行器。在此基础上建立了开关检测机器人运动学方程和雅克比矩阵。接着论文对平台控制系统的硬件结构和主要部件进行了分析说明,完成开放式控制系统的硬件选型及相关电路的设计。其次,平台控制系统采用“IPC+Turbo PMAC”的开放式运动控制结构。以工控机平台为基础,Turbo PMAC为运动控制核心。其中Turbo PMAC实现PLC逻辑控制及运动控制等实时控制;IPC负责诸如人机界面管理、代码编辑等非实时性任务。论文详细介绍了TurboPMAC的软件构成以及开关检测所需的PLC控制和运动控制在Turbo PMAC上的具体实现,并实现了控制面板功能、手轮功能及软件抗干扰功能。软件中,采用了在线示教模式与离线编程模式来实现通用开关的检测,检测过程中能够实时获取运动轴状态及外部采集信息。最后,论文对当前流行的伺服系统控制进行了研究,确定了检测平台的伺服控制方式。得到Turbo PMAC位置伺服模型;采用复合PID控制策略,使系统获取良好的运动性能,并利用PMAC Tuning Pro软件完成了PID增益调整。最后利用实验数据验证本平台的实用性和可行性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 课题背景  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题意义和目的  11-12
  1.2 开关检测技术的发展及应用  12-13
    1.2.1 开关检测技术发展现状  12-13
    1.2.2 工业机器人在开关检测中的应用  13
  1.3 开放式控制系统  13-16
    1.3.1 开放式控制系统的发展  13-15
    1.3.2 PMAC开放式控制系统特点  15-16
  1.4 论文主要研究内容及章节安排  16-18
    1.4.1 研究方案内容  16-17
    1.4.2 论文章节安排  17-18
第二章 通用开关机器人检测平台机构设计  18-43
  2.1 引言  18
  2.2 四自由度检测机器人结构设计  18-28
    2.2.1 检测机器人构型  18-20
    2.2.2 检测机器人技术参数  20-21
    2.2.3 检测机器人驱动方式  21-22
    2.2.4 直线运动关节丝杠及导轨  22-25
    2.2.5 伺服驱动电机选型  25-28
  2.3 检测辅助模块设计  28-33
    2.3.1 通用夹具设计  28-29
    2.3.2 通用夹具托台设计  29-30
    2.3.3 机器人末端执行器设计  30-32
    2.3.4 控制柜方案设计  32-33
  2.4 检测机器人运动学建模  33-37
    2.4.1 机器人运动学基础  33-34
    2.4.2 检测机器人运动学正解  34-37
    2.4.3 检测机器人运动学反解  37
  2.5 检测机器人雅克比矩阵  37-42
    2.5.1 机器人雅克比矩阵构造方法  37-40
    2.5.2 检测机器人雅克比矩阵构造  40
    2.5.3 机器人雅克比矩阵的应用  40-42
  2.6 本章小结  42-43
第三章 通用开关机器人检测平台控制系统硬件设计  43-58
  3.1 控制系统硬件总体设计  43-44
  3.2 控制系统器件选型  44-52
    3.2.1 伺服驱动器  44
    3.2.2 运动控制器  44-46
    3.2.3 检测传感器  46-50
    3.2.4 数据采集卡  50-51
    3.2.5 手动脉冲发生器  51-52
  3.3 控制系统硬件电路设计  52-57
    3.3.1 供电电路设计  52-53
    3.3.2 伺服驱动器电路设计  53-55
    3.3.3 传感器电路设计  55
    3.3.4 操作面板电路设计  55-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章 通用开关机器人检测平台控制系统软件设计  58-75
  4.1 控制系统软件总体设计  58
  4.2 编程软件及控制策略  58-60
    4.2.1 软件开发环境介绍  58-59
    4.2.2 控制策略总体设计  59-60
  4.3 基于Turbo PMAC开关检测控制策略  60-69
    4.3.1 控制系统软件结构  60
    4.3.2 Turbo PMAC软件构成  60-61
    4.3.3 系统软硬件初始化  61-62
    4.3.4 手轮功能实现  62-64
    4.3.5 PLC功能实现  64-66
    4.3.6 运动程序功能实现  66-67
    4.3.7 软件抗干扰功能实现  67-69
  4.4 基于IPC开关检测软件实现方法  69-74
    4.4.1 在线示教模式实现  69-71
    4.4.2 离线编程模式实现  71-72
    4.4.3 数据采集及监控实现  72-74
  4.5 本章小结  74-75
第五章 基于Turbo PMAC的复合PID整定  75-91
  5.1 引言  75
  5.2 检测机器人伺服系统模型  75-82
    5.2.1 检测机器人控制方式  75-76
    5.2.2 复合PID控制方式  76-78
    5.2.3 检测机器人数学模型  78-79
    5.2.4 Turbo PMAC位置伺服模型  79-82
  5.3 Turbo PMAC PID参数整定  82-87
    5.3.1 位置阶跃响应调整反馈增益  83-85
    5.3.2 速度抛物线响应调整前馈增益  85-87
    5.3.3 检测机器人系统整定结果  87
  5.4 基于Turbo PMAC位置控制精度测试  87-88
  5.5 开关综合性能检测实验  88-90
  5.6 本章小结  90-91
第六章 总结与展望  91-93
  6.1 总结  91-92
  6.2 展望  92-93
参考文献  93-96
致谢  96-97
攻读学位期间发表的论文和专利  97-99

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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