基于EtherCAT的三次元高速多工位送料机械手控制系统设计与实现

针对现有的三次元送料机械手低速、低精度的特点,设计了基于实时以太网EtherCAT的三轴联动送料机械手。通过对其运动轨迹进行了分析,合理地规划了三次元送料机械手的运动轨迹曲线;通过优化其速度和加速度以及加加速度的特征,提高了三次元送料机械手在运动过程的动态特性;通过在控制系统采用电子凸轮技术,使伺服电机的运动能够实现所规划轨迹的点对点的精确定位。在通信方式上采用了实时以太网EtherCAT总线来实现多轴精确同步控制,采用环形双向冗余技术提高系统的稳定性和可靠性,并通过实验验证和测试分析。结果表明:该控制系统使送料机械手能够在所设计的工作空间内运行快速、平稳,达到所设计的35次/min的抓取速率。     

目标动态模拟器的五轴运动系统研究与设计

针对空间目标动态光学特性模拟器,设计并实现一套完整的多轴运动控制系统,满足模拟器对各轴低速运动下的平稳性与控制精度要求。采用5个电机分别与减速器相联驱动各输出轴以模拟太阳和空间目标的运动,基于运动控制器TurboPMAC2采用PID+陷波滤波器算法实现各轴独立运动和多轴联动控制,在实际构建的系统上通过最优参数配置验证算法的有效性和系统的可靠性。实验结果表明,五轴同步在1°/s的低速运行状态下速度控制精度均优于0.05°/s,角位置重复定位精度0.008°,充分满足各项运动功能和性能指标要求。为空间目标动态光学特性模拟器的研制提供了重要的技术支撑,促进空间目标探测的理论研究、技术认知和应用扩展。     

凸轮式立卧两用换刀机械手的研究

针对在立卧两用换刀机械手中，其凸轮机构驱动机械手需完成的运动轨迹为正方形的特点，提出采用双从动件的凸轮机构设计方案，通过一系列分析计算，确定了运动平稳性较好的从动件运动规律及完整的位移曲线方程，绘制了凸轮的轮廓曲线。     

五轴联动数控陶瓷雕刻机的后置处理算法研究

基于五轴数控机床的运动形式的分析,根据五轴联动数控陶瓷雕刻机的加工特点,采用旋转坐标由工作台回转和刀具摆动实现的联动方式.针对该机床的运动形式,设计了后置处理算法,进行坐标变换并举例验证.所研究的内容在实际应用中取得了较好的成果.     

五轴联动数控机床空间综合误差解耦技术研究

分析五轴联动机床的误差项和拓扑结构,给出伺服轴运动时理想情况和有误差情况下的坐标变换矩阵。以此为基础,给出五轴联动机床空间综合误差的计算方法。基于多体运动学的微分变换原理,给出五轴联动机床综合误差解耦算法。以某RTTTR型五轴联动机床为例,应用MATLAB进行实际综合误差解耦和补偿计算,结果验证了该解耦算法的正确性。     

机械手的基本知识(五) 第六章 机械手的运动平衡性及定位精度

第六章机械手的运动平稳性及定位精度机械手的运动平稳性是指机械手在启动过程、运动过程和停止过程中,速度变化的特性。机械手的定位精度,是指机械手重复到达规定位置的准确度(误差范围大小)。一、运动平稳性 1.机械手的运动特性机械手的运动速度较高,如臂部伸缩运动速度可高达1000—2000毫米/秒,而定位精度一     

多工位送料机械手的机构设计及速度规划

为了实现动力电池壳冲压生产线的自动化生产,在多工位拉伸压力机的基础上设计了送料机械手的机械结构,该机械手采用桁架式结构,通过X、Y、Z这3个方向的自由度上的直线运动模块来实现夹紧-张开、升举-下降和移送-回退3个动作,规划了机械手的运动周期,并在正弦速度规划算法的基础上设计了一种加加速度连续的4阶S型曲线速度控制算法,避免了机械手在运动中发生过大冲击。最终建立了机械手刚柔耦合动力学模型,通过对机械手刚柔耦合运动特性分析,研究了速度优化算法对机械手运动精度的影响,研究结果表明,在速度优化算法控制下,运动振幅明显减小,满足设计要求。     

五轴联动数控电加工技术研究

为了解决难加工材料复杂形状零件的精密加工问题,基于电解-机械复合加工原理,研究开发了五轴联动数控电解机械复合加工机床,组合引进了五轴联动数控电火花成形机床和五轴联动数控单向走丝电火花线切割机床。采用五轴联动数控电加工技术,可实现整体叶轮、窄槽、窄缝、深腔、异形盲孔、内腔侧向盲孔等特殊复杂形状加工的工艺要求,加工精度优于±0.003 mm。     

基于FPGA的LED生产设备Molding机运动控制器设计

对目前多轴联动运动控制器进行了研究,总结其硬件系统结构特点与算法,提出一种基于FP-GA的Molding机双轴联动运动控制器,分析了数据采样插补算法、非对称S曲线加减速规划算法、多段预读轨迹规划算法,并在单片FPGA中实现上述算法,在实验平台上验证了速度规划算法的效果以及插补控制的精度.实验表明,各项指标达到设计要求.对方案成本进行了分析,实践表明该方案达到了缩减器件与人力成本的目的.     

多轴联动动态前瞻轨迹规划

为使工业机器人有一个更平稳的运行轨迹,针对多轴联动轨迹规划中相邻两段之间的过渡问题,提出一种高效的过渡处理方法。根据动态给定的位置序列、前瞻段数、轴的速度和加速度范围,结合反向前瞻和正向规划方法,提出一种新型的多轴联动动态前瞻轨迹规划核心算法。在此算法基础上,应用S形滤波器将该算法所规划的梯形速度曲线转化为S形速度曲线。采集六自由度工业机器人的关节位置点序列进行仿真研究,以验证所提算法的性能。     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略,可以提高机械臂运动的协调性,降低机械臂角速度产生的峰值,机器人运动相对稳定,效果较好。     

基于数控系统的桁架机械手并行控制器开发

在国家政策引导下,制造业正在进行转型升级改造,以实现数字化、网络化、智能化生产管理,达到减少劳动力、降低生产成本、提高产品质量等目的。在转型升级改造中,桁架机械手广泛应用于加工集成产线或单机上下料中以代替传统人工上下料方式。桁架机械手控制单元普遍采用外置,通过IO点方式与主机进行互联通信,这种方式稳定性差、成本高、连线调试和维护繁琐。提出一种基于数控系统的并行控制器PEXC,并开发内置数控系统桁架机械手并行控制模块。采用KBSS总线通信方式,并行控制机床加工和机械手上下料,解决连线、调试、维护繁琐,系统稳定性差,成本高等问题。所开发的桁架机械手控制模块已在实际应用中取得非常满意的效果。     

基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究

为了提高冗余自由度机械臂的运动准确性,进行基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究.分析冗余自由度机械臂的机械结构,明确其结构组成及运动原理.通过各关节节点的旋转角度及连接臂长度,分别求取了相邻关节节点间的旋转关系式及关节结点相对基础坐标的移动矢量,并通过该移动矢量得出机械臂的动力学方程.通过机械臂的动力...     

基于柔性夹具的四倍速机械手的设计与应用

针对冲压行业机械手夹具功能单一、更换麻烦、难以适应产品多变的工况,以及工业机器人运动范围有限,而普通机械手效率低等缺陷,使用SolidWorks设计一款基于柔性夹具的四倍速机械手;根据图纸对零部件进行加工和组装;最后对其进行动静态测试和生产使用性能分析。结果表明:该四倍速机械手不仅能满足柔性化生产线需求,运动范围广,还能提高生产效率。此外,采用伺服控制系统,还使机械手具备较高的上下料精度,行程可调,系统稳定性好。     

采用混合算法优化的3?P RRR并联冗余机械手驱动力矩研究

为了降低平面3-PRRR并联冗余机械手驱动力矩,提高机械手运动平台运动的稳定性,采用混合算法优化机械手运动参数,并对驱动力矩进行仿真验证。针对传统非冗余机械手驱动系统进行改进,给出了平面3-PRRR并联冗余机械手简图,设计了冗余机械手驱动系统,采用雅克比矩阵对冗余机械手运动平台运动轨迹进行转换,推导出冗余机械手3个分支闭环运动轨迹方程式。引用粒子群算法并进行改进,添加了遗传算法中交叉和变异操作,设计出了混合粒子群算法。采用混合算法优化冗余机械手运动参数,通过MATLAB软件对冗余机械手3个分支驱动力矩变化进行仿真,与优化前进行对比。结果显示:优化前,平面3-PRRR并联冗余机械手驱动力矩较大,整体波动幅度较大;优化后,平面3-PRRR并联冗余机械手驱动力矩较小,整体波动幅度较小。采用混合算法优化平面3-PRRR并联冗余机械手运动参数,可以降低机械手驱动力矩,减少冗余机械手运动系统能量消耗。     

基于关节位置约束的冗余机械臂协调控制误差仿真研究

针对冗余机械臂关节位置约束问题,设计了冗余机械臂关节位置控制策略,在不同条件下对机械臂运动效果进行仿真验证。建立冗余机械臂简图模型,通过雅可比矩阵推导机械臂运动方程式。分析机械臂优先级任务体系构造,比较冗余机械臂在不同优先级条件下的极限状态,引入了机械臂监控系统。设置机械臂仿真环境,采用MATLAB软件对机械臂运动进行仿真。结果表明:机械臂2个关节都违背了极限限制;监控系统在保证关节位置规避限制的同时,会导致路径跟踪误差较大。但是,路径跟随误差不会影响所需的相对末端效应器运动,能够保持末端执行器的相对运动,保证抓取对象的稳定性;证明了冗余机械臂控制器的有效性。采用该策略避免了运动过程中的机械臂关节的限制,能够实现机械臂抓取物体的路径跟踪功能。     

自动充电机械臂运动学分析与样机试验

为了解决电动汽车自动充电过程中机械臂运动的稳定性以及定位精度的问题,利用ADAMS仿真软件对所设计的机械臂进行运动学仿真;根据D-H方法建立了机械臂运动学模型,通过蒙特卡洛方法分析了该机械臂的工作空间,利用MATLAB对机械臂工作空间进行求解,得到自动充电机械臂末端工作空间点云图。根据所设计的机械臂进行样机研制,并进行机械臂样机试验。结果表明,自动充电机械臂结构可行,运动合理,能够满足自动充电工作时的功能需求。该文的研究为机械臂的优化设计与运动控制提供了参考。     

一种非对称6-PSS并联机构的工作空间和灵活度研究

针对非对称并联机构在某些方面有着特殊的应用但研究较少的现状，对一种非对称6-PSS并联机构工作空间和灵活度进行了研究，得到了其工作空间和灵活度随结构参数和姿态要求的变化规律，得出此机构可以应用在y轴方向工作空间要求大，而绕x轴转角要求不高的场合。为进一步扩大并联机构的实际应用提供了依据。     

基于双模同步预测的机械臂末端轮廓精确跟踪控制

为减小机械臂末端在进行轨迹跟踪运动时的轮廓误差,提出一种机械臂轮廓误差同步预测控制策略。该策略将操作空间轮廓误差映射到关节空间,从而定义机械臂各关节的同步行为,有效减小了末端轮廓误差,提高了机械臂各关节的运动协调性。为解决常规预测控制器不能保证系统稳定的问题,提出双模同步预测控制方法,通过在预测时域外切换到局部控制率来保证控制器的稳定性。实验结果表明:所设计的控制器能有效减小末端轮廓误差并使关节输出力矩更加平稳。