基于电气与气压混合驱动的搬运机械手设计

发布时间：2017-04-19 18:00

  本文关键词：基于电气与气压混合驱动的搬运机械手设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业的不断发展以及“机器换人”工作的不断推进,机械手在国民经济各领域的应用越来越广泛。它可以在恶劣环境下取代人工完成重复的、单调的以及精确度要求高的工作,对减轻工人劳动强度,提高工作效率具有现实意义。本文在综述机械手国内外研究现状与发展趋势的基础上,以“物料搬运机械手研制”实际工程项目为背景,针对其功能与性能需求,对物料搬运机械手进行了机电一体化设计。论文主要完成的工作和成果如下:(1)分析了搬运机械手的工作过程与性能需求,设计了基于直角坐标形式的三自由度机械手整体结构,结合各自优点提出了采用电气与气压混合驱动的总体设计方案。(2)根据搬运机械手需要实现的功能,确定了机械手的部件组成以及各部件的结构形式,采用Pro/E完成了底座及X、Y、Z轴手臂等部件的机械设计;为满足高精度定位与简单实用的要求,提出了X轴采用电气驱动,Y和Z轴采用气压驱动的模式,构建了伺服电机、气缸等零部件的模型,计算了负载/电机惯量比、转速、转矩等电气参数,进行了电机与减速器的选配,并完成了气缸的选型设计。最后对所有零件进行组装,完成机械手的整机机械结构设计。(3)设计了搬运机械手的电气与气压驱动系统。为实现X轴的高精度定位,分析了永磁同步电机的数学模型,针对因外部转矩扰动变化引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于模糊控制和扰动观测器的双闭环伺服控制系统,仿真结果显示,该算法具有良好的动态性能以及较强的鲁棒性。根据机械手的工作特性,设计了电气驱动原理图,为使整体结构简单实用,提出了Y轴和Z轴手臂的气压驱动方案,设计了气路原理图和真空回路图,并对手部驱动方式进行了讨论。(4)根据机械手的运行过程以及工业搬运过程中的流程顺序,完成了控制柜、I/O接口及软件模块设计,编写了监控画面,最终研制了一套基于PLC和触摸屏的三自由度物料搬运机械手控制系统。综上所述,本文设计的机械手具有结构简单、定位准确、功能实用等特点,有较高的实用价值。
【关键词】：机械手 物料搬运 伺服控制 扰动观测器 气压驱动 触摸屏
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 引言12-17
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外机械手的研究及发展状况13-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 1.4 论文框架与章节16-17
• 第2章 机械手结构分析与设计17-29
• 2.1 机械手的整体方案设计17-20
• 2.1.1 机械手设计原则17-18
• 2.1.2 机械手的类型以及实现方案比较分析18-19
• 2.1.3 机械手总体设计方案的确立19-20
• 2.2 机械手各执行机构结构设计20-26
• 2.2.1 底座及X轴手臂单元设计20-22
• 2.2.2 Y轴手臂单元设计22-24
• 2.2.3 Z轴手臂单元设计24-26
• 2.3 机械手的驱动系统结构设计26-28
• 2.3.1 伺服电机及运动单元设计26-27
• 2.3.2 气缸及运动单元设计27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 机械手关键部件的选型设计29-37
• 3.1 伺服电机的选型设计29-32
• 3.1.1 负载/电机惯量比及其匹配问题的解决29-30
• 3.1.2 转速和转矩以及减速机的匹配设计30-32
• 3.2 气缸的选型设计与电磁阀选取32-33
• 3.3 防落气缸装置的设计33
• 3.4 机械手手部设计33-36
• 3.4.1 吸附式手部结构设计33-35
• 3.4.2 夹持式手部结构设计35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于扰动观测器的电机伺服控制系统的设计与仿真37-50
• 4.1 伺服控制技术37-38
• 4.1.1 伺服控制系统原理及组成37-38
• 4.1.2 电气伺服控制系统的分类38
• 4.2 伺服电机的数学模型38-41
• 4.2.1 永磁同步电机数学模型建立38-40
• 4.2.2 永磁同步电机矢量控制技术及解耦控制40-41
• 4.3 基于扰动观测器和模糊控制的永磁同步电机控制系统设计41-46
• 4.3.1 PID控制和模糊控制41-43
• 4.3.2 PI控制器和模糊控制器设计43-44
• 4.3.3 扰动观测器设计44-46
• 4.4 仿真与分析46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 机械手电气驱动系统设计50-57
• 5.1 机械手电气驱动系统设计50-54
• 5.1.1 机械手电气系统设计概述与主电路设计50-51
• 5.1.2 伺服驱动器与伺服电机接线设计51-52
• 5.1.3 接近开关与电磁阀供电电路设计52-54
• 5.2 机械手气动控制线路设计54-56
• 5.2.1 整机气动回路设计54-55
• 5.2.2 真空回路设计与负压检测55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第6章 机械手控制系统的设计与实现57-67
• 6.1 搬运机械手工作过程分析57-58
• 6.2 机械手控制系统的硬件实现58-60
• 6.2.1 PLC的选型介绍58-59
• 6.2.2 PLC的接线与I/O分配59-60
• 6.3 PLC脉冲串输出与电机控制60-61
• 6.4 PLC程序设计61-64
• 6.4.1 机械手主程序设计与调试61-63
• 6.4.2 机械手归原点程序设计63-64
• 6.5 机械手的触摸屏设计64-65
• 6.6 本章小结65-67
• 第7章 总结与展望67-69
• 7.1 总结67-68
• 7.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间的研究成果74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;“和利时杯”电气控制应用设计大赛圆满落幕[J];国内外机电一体化技术;2013年01期

2 浦玉香;;关联属性下的电气控制设计措施探析[J];电子制作;2013年16期

3 熊凌;吴怀宇;程磊;陈琳;;电气控制类专业主干课程教学研究与实践[J];电气电子教学学报;2009年S2期

4 张耀文;;电气控制实验教学的创新研究与实践[J];电子制作;2012年10期

5 王荣珍;;项目教学法在《电机与电气控制》课程中的应用[J];职业;2007年08期

6 杨明建;;“电气控制”课程教学中的理论概念探讨[J];电气电子教学学报;2011年03期

7 尹永雷;;电气控制电路检修的方法和技术探析[J];电子世界;2013年15期

8 尤拯;;项目教学法在电气控制教学中的应用与实践[J];新课程研究(职业教育);2007年06期

9 谭茂强;大机组电气DCS监控问题的研究[J];电力建设;2001年10期

10 娄光赫;肖男;;关于电气新技术在多功能机组中的应用[J];有色矿冶;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 金江;;我国煤矿掘进机电气控制的发展趋势[A];2007短壁机械化开采专业委员会学术研讨会论文集[C];2007年

2 郭屹松;万京生;;加强实践环节,培养工程实践能力——单独开设《电气控制综合实验》课程的教改实践[A];第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集(2)[C];2008年

3 孙启顺;;基于嵌入式的远程电气控制自动化系统的设计[A];低碳经济与科学发展——吉林省第六届科学技术学术年会论文集[C];2010年

4 阿不力米提·力提甫;;《电气控制与PLC应用》教学思考[A];第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（上册）[C];2009年

5 翁国庆;陈明军;张有兵;;“现代电气控制及PLC技术”课程实践环节的优化[A];第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（下册）[C];2009年

6 齐蓉;林辉;刘卫国;;电气控制类优质教学资源整合与人才创新能力培养[A];第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集(2)[C];2008年

7 张荣岭;叶雪荣;李剑锋;郑艳明;梁慧敏;;基于MicroLogix 1000的电气控制综合实验台的设计与应用[A];第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（下册）[C];2009年

8 江智东;丁长顺;;德国产祖克系列浆纱机系统与电气控制初探[A];金f杯第一届全国棉纺织行业中青年科技工作者论坛论文集[C];2005年

9 江智东;丁长顺;;德国产祖克系列浆纱机系统与电气控制初探[A];“泰坦杯”2005年全国无梭织机使用技术与产品开发交流研讨会论文集[C];2005年

10 霍志成;任广旭;程彦礼;;基于工业以太网的远程电气控制系统设计[A];创新驱动，加快战略性新兴产业发展——吉林省第七届科学技术学术年会论文集（上）[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 董延盛　李四新;济南炼化铁路电气控制改造进展顺利[N];中国石化报;2010年

2 张莹;开于身畔的科技创新之花[N];中国有色金属报;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 章熠超;基于电气与气压混合驱动的搬运机械手设计[D];浙江理工大学;2016年

2 郑昕;电气控制专业实训课程模拟实验台的设计及应用[D];天津大学;2011年

3 屈晓敏;物体磁悬浮系统电气控制若干问题研究[D];西安电子科技大学;2010年

4 沈刚;船用锅炉电气控制的设计与应用[D];华东理工大学;2015年

  本文关键词：基于电气与气压混合驱动的搬运机械手设计，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：316801