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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。
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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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