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高速工业机械手定位控制研究

作　者: 周鸿杰
导　师: 骆敏舟
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 工业机械手数学建模气动伺服系统 PID控制系统
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 434次
引　用: 4次
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内容摘要

近年来,随着国民经济的发展,工业自动化需求越来越高,目前在各种不同的工业企业中,比如注塑行业,铸件行业等,经常有工件等需要搬运,特别是各种零件在机电、日用品、五金中占很大比例(70%以上),但目前绝大多数是采用手工作业,从而引发了大量的工伤事故。机械手不但可以实现安全操作,同时也可以提高产品质量、提高生产效率、降低劳动强度、还可以避免人工送料、取料时因疲劳往往送料、取料不准等。本文研发的一种高速高精度工业机械手,能解决实用化过程中遇到的一些技术难题,具体工作如下:通过对适用于不同环境的不同形状和结构的工业机械手总体机械结构和驱动方式研究,针对目前工业机械手质量大、体积大、定位精度低等缺点,设计了体积小、重量轻、功能完善、电气混合驱动的高集成度的虚拟样机系统模型。针对目前机械手的定位精度低的缺点,提出了气动伺服系统来提高机械手的定位精度。首先建立气动伺服系统模型,针对气缸的特点建立气缸的数学模型,包括运动学方程、流量方程、能量方程,通过线性化得出系统的传递函数和响应函数,建立了气动伺服系统的PID控制模型。提出了针对步进电机的特点的步进电机升降速曲线,并给出了软硬件设计。最后完成了针对上述研究的实验,实验结果表明该取料机械手具有造价低、定位精度好、使用灵活等优点,可以广泛应用于注塑行业,机械行业,电子行业,化工行业、食品和包装行业等各种行业。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
插图目录  10-12
表格目录  12-13
第1章绪论  13-26
  1.1 工业机器人的发展现状  13-15
    1.1.1 引言  13
    1.1.2 国外工业机器人的发展  13-14
    1.1.3 国内工业机器人的发展  14-15
  1.2 工业机器手的发展现状  15-18
    1.2.1 国外工业机械手的发展现状  15-17
    1.2.2 国内工业机械手的发展现状  17-18
  1.3 工业机械手的组成及分类  18-23
    1.3.1 工业机械手的组成  18-19
    1.3.2 工业机械手的分类  19-23
  1.4 研究意义  23-24
  1.5 论文的主要研究内容  24-26
第2章工业机械手的结构及工作原理  26-31
  2.1 引言  26
  2.2 工业机械手的机械结构  26-28
  2.3 机械手的工作原理  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章气动伺服系统建模  31-48
  3.1 引言  31
  3.2 机械手气动系统设计  31-34
    3.2.1 气动伺服系统总体设计  31-32
    3.2.2 吸盘气动设计  32-34
  3.3 气缸的数学模型  34-40
    3.3.1 气缸能量方程  35-38
    3.3.2 气缸活塞运动方程  38-40
  3.4 影响气缸活塞运动速度的参数分析  40-42
  3.5 气动伺服系统数学模型的建立  42-46
    3.5.1 比例阀的数学模型  42-44
    3.5.2 气动伺服系统的线性化模型  44-46
  3.6 本章小结  46-48
第4章机械手控制系统设计  48-60
  4.1 控制系统总体设计  48
  4.2 微处理器模块  48-51
  4.3 电机控制模块  51-53
    4.3.1 概述  51
    4.3.2 ST-3HB05  51-52
    4.3.3 原理图设计  52-53
  4.4 气动控制模块  53-55
    4.4.1 吸盘旋转和吸盘吸取模块控制  53-55
  4.5 人机交互模块  55-57
  4.6 软件设计  57-58
  4.7 本章小结  58-60
第5章机械手定位控制研究  60-73
  5.1 电机定位控制研究  60-65
    5.1.1 升降速曲线选择  60-63
    5.1.2 升降速曲线的离散化处理  63-65
  5.2 气动伺服系统定位研究  65-71
    5.2.1 PID 控制原理  66-67
    5.2.2 PID 控制器算法  67-69
    5.2.3 PID 控制器设计  69-70
    5.2.4 PID 参数整定  70-71
  5.3 本章小结  71-73
第6章实验与分析  73-88
  6.1 电机定位实验结果与分析  73-81
    6.1.1 电机定位实验结果  73-81
    6.1.2 电机定位实验分析  81
  6.2 气动伺服系统控制仿真与分析  81-87
    6.2.1 系统仿真  82-85
    6.2.2 仿真分析  85-87
  6.3 本章小结  87-88
第7章总结与展望  88-90
参考文献  90-93
在读期间发表论文与科研情况  93-94
致谢  94

高速工业机械手定位控制研究

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