气动三轴并行机器手驱动控制系统分析设计毕业论文
2021-06-08 12:06
摘 要
目前并联机器人多用伺服电机做驱动，且一般为刚性臂并联机器人，气动驱动的并联机器人目前并不多，而气动的柔性臂并联机器人就更为少见。本文设计的气动三轴并行机器手采用气动人工肌肉作为驱动器，其三根并联手臂为柔性臂，在对并联机器手进行了运动学逆解的基础上，在Creo2.0中搭建了三维仿真模型，设计了气动肌肉组件节省了一半占用空间，设计了非标的手爪，并仿真了手爪的开合运动验证了设计的可行性；完成了控制系统的设计，控制系统采用高速开关阀结合脉宽调制实现伺服控制，在三菱GXWORKS编程软件中编制了机器手的梯形图控制程序，并检查程序无误，运行不出错，主程序采用多个指针调用子程序，使得程序简化而功能丰富，很好地实现了急停、残压释放等所有的设计要求。
关键词：柔性臂并联机器人;气动人工肌肉;高速开关阀;脉宽调制;可编程控制器
Abstract
At present, the parallel robot is usually driven by a servo motor, and generally is a rigid arm parallel robot, the pneumatic driven parallel robot is not much, and the pneumatic flexible arm parallel robot is even more rare. The pneumatic three axis parallel machine designed by this paper uses pneumatic artificial muscles as actuators, its parallel arms are flexible. On the basis of the parallel robot kinematics, I build the three-dimensional simulation model in Creo2.0, the design of the pneumatic muscle component saves half space. And I design non- standard paw, and the simulation of the gripper opening and closing movement verify the feasibility of the design. Besides, I complete the design of the control system. The control system uses a high speed on-off valve combined with the pulse width modulation to realize servo control, in the MITSUBISHI GXWORKS programming software, I complete hand ladder diagram control program to control the gripper, and check validity of the program, the program can run without error. The main program uses multiple pointer to call the subroutine, makes the program simplified and rich function. The design requirements of the emergency stop and the residual pressure release are well achieved.
Keywords: parallel robot with Flexible arms; PAM; High speed on-off valve; PWM ; PLC
目 录
摘要 II
Abstract III
第一章 绪论 1
1.1 目的及意义 1
1.2 总体技术方案的选择 2
1.2.1 驱动方案的选择与确定 2
1.2.2 控制方案的选择与确定 4
1.3 预期完成的主要任务 5
第二章 气动人工肌肉的简介及气动回路设计 6
2.1气动人工肌肉的结构组成和特点简介 6
2.2气动肌肉的理想静态模型 8
2.3 气动肌肉的两种应用形式 10
2.3.1 负载恒定 10
2.3.2 压力/体积恒定 10
2.4 气动肌肉的选型 11
2.5 气动系统回路设计 12
第三章 机器手运动学分析 14
3.1机器手结构简介 14
3.2 三轴并行机器手的机构自由度分析 15
3.3 三轴并行机器手的运动学反解 15
3.4 气动肌肉型号的的最终确定 22
第四章 气动系统与控制系统设计 24
4.1 气动系统设计 24
4.1.1 气动元器件的选型 24
4.2 控制系统设计 27
4.2.1 控制系统工作原理 27
4.2.2 控制系统元器件的选型 28
4.2.3 控制系统的实现 30
第五章 建模与非标件的设计 35
5.1 气动肌肉导轨滑轮组件设计 35
5.2 手爪及手爪气缸设计 36
5.3 机器手整体三维模型搭建 36
第六章 经济性评价 38
6.1 加工和构建成本 38
6.2 使用维护成本以及备件来源 38
6.3 使用寿命 38
第七章 总结和展望 39
7.1 总结 39
7.1.1 创新点 39
7.1.2 成果 39
7.2 展望 39
7.2.1 局限性和不足 39
7.2.2 未来期望 40
参考文献 41
附录 42
致谢 47
第一章 绪论
1.1 目的及意义
传统的工业机器人一般都采用开式链形式，即串联机器人，如PUMA、SCARA机器人。串联机器人具有操作灵活、工作空间大、响应速度快等优点，但同时也存在着刚度低、承载能力差、累计误差大定位精度低、难于控制等缺点。随着科学技术的发展和社会的进步，具有有效负载大、运动能力强、精度高、容易控制等优点的并联机器人应运而生。按照二者执行方式及主要性能的不同并联与串联系统相比较两者的主要机能对比见表1-1[1][2]:
表1-1 串联机构与并联机构的机能对比
参数 | 串联机构 | 并联机构 |
刚度 | 低；弹性相互叠加； 杆件受到弯矩 | 高；刚性相互叠加；杆件只受到拉力和压力 |
误差传递 | 各杆件误差相互叠加 | 各杆件误差彼此间抵消一部分，形成平均值，误差小 |
承载能力 | 低 | 高 |
运动质量 | 大；一个杆件使跟随杆 件加速；工件、工作台
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