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并联拾放机器人性能及控制研究

作　者: 段锦晶
导　师: 高铁红
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 块状食品包装生产线拾放机器人样条曲线模糊PID
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
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内容摘要

并联拾放机器人是指应用于包装行业且具有闭环机械结构的拾放机器人，这类机器人被广泛用于生产线上实现目标的点对点搬运。目前，国内对块状食品包装多采用拉伸膜包装机单机生产技术，其食品的拾放大多为人工操作，离国际化水平还有很大差距。因此，将并联拾放机器人应用到块状食品全自动拉伸膜包装生产线中，使其达到全自动化生产要求，具有重大的实用价值。本文主要内容如下：在分析块状食品全自动包装生产线技术要求基础上，建立拾放机器人的运动学模型，推导主动臂角度和动平台质心位置的关系，根据拉格朗日方程和虚位移原理建立机构动力学数学模型。根据食品生产线拾放工作要求对动平台吸盘轨迹运动控制进行规划，在Adams软件下对虚拟样机中的电机驱动控制提出两种控制方法，直接输入驱动函数法和样条曲线驱动控制法，通过比较得出样条曲线驱动控制法使动平台真空吸盘拾放运动更容易准确，为今后系统控制算法编程提供角度参数。在Adams后处理中测量并联拾放机器人主动臂、从动臂、动平台的相关速度、加速度、动能参数，分析各部件性能特点对机械系统稳定性的影响。应用Adams和Matlab软件对机构进行力矩平衡控制仿真，分析机构的力矩性能特点，为伺服电机和减速器的选取提供理论依据。根据模糊控制原理和经典PID控制原理设计模糊PID控制器，对并联机器人伺服电机的Kp、Ki、Kd三参数进行调整，对模糊PID控制器进行仿真，并对实验结果分析确定模糊PID控制器的准确性，使电机运动更加平稳。在上述设计与开发的基础上，进行拾放机器人样机研制，搭建实验平台。在实验室环境下完成并联机器人点对点运动实验，实验表明拾放机器人的运动学建模和应用样条曲线驱动的控制算法是可行的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1-1 引言  9
  1-2 并联拾放机器人研究现状  9-12
  1-3 国内外并联机器人学研究现状  12-13
  1-4 本课题研究背景  13-15
  1-5 本文主要研究内容  15-16
第二章并联拾放机器人运动学及其动力学分析  16-27
  2-1 引言  16
  2-2 并联拾放机器人自由度计算  16-17
  2-3 并联机构运动正反解计算  17-20
    2-3-1 并联机构运动学反解计算  17-18
    2-3-2 并联机构运动学正解计算  18-19
    2-3-3 基于MATLAB的运动学正反解计算  19-20
  2-4 并联机器人动力学基础推导  20-23
    2-4-1 雅克比矩阵的计算  21
    2-4-2 速度映射关系分析  21-22
    2-4-3 加速度映射关系分析  22-23
  2-5 并联拾放机器人质量惯性矩阵计算  23-24
    2-5-1 主动臂质量惯性矩阵计算  23-24
    2-5-2 从动臂质量惯性矩阵计算  24
    2-5-3 动平台和负载质量惯性矩阵计算  24
  2-6 并联拾放机器人动力学模型建立  24-25
  2-7 本章小结  25-27
第三章基于ADAMS并联拾放机器人运动性能研究  27-46
  3-1 引言  27
  3-2 并联拾放机器人虚拟样机建立  27-29
    3-2-1 Solidworks 并联机器人模型的建立与简化  27-28
    3-2-2 Adams 仿真模型数据转换及模型建立  28-29
  3-3 并联拾放机器人运动轨迹规划  29-30
  3-4 基于Adams并联拾放机器人模型运动的驱动方法研究  30-39
    3-4-1 基于输入角度函数驱动模型方法研究  30-31
    3-4-2 基于点驱动模型方法研究  31-37
    3-4-3 基于样条曲线驱动模型方法研究  37-39
  3-5 基于Adams并联拾放机器人主动臂力矩性能研究  39-45
    3-5-1 基于Simulink与Adams并联拾放机器人联合仿真模型的建立  40-43
    3-5-2 MATLAB中建立控制系统模型  43-44
    3-5-3 力矩平衡控制结果及分析  44-45
  3-6 本章小结  45-46
第四章并联拾放机器人控制策略的设计  46-57
  4-1 引言  46
  4-2 并联拾放机器人系统整体控制方案  46-47
  4-3 并联拾放机器人伺服系统建模  47-48
  4-4 并联拾放机器人模糊PID控制的提出  48-51
    4-4-1 模糊PID参数整定思想  48-49
    4-4-2 模糊PID系统结构  49
    4-4-3 模糊PID控制器设计  49-51
  4-5 基于MATLAB并联拾放机器人模糊PID控制  51-56
  4-6 本章小结  56-57
第五章并联拾放机器人控制实验  57-63
  5-1 引言  57
  5-2 并联拾放机器人系统的运动控制平台搭建  57-59
  5-3 并联拾放机器人基于PMAC卡的线型数据驱动控制研究  59-62
  5-4 本章小结  62-63
第六章结论与展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67

并联拾放机器人性能及控制研究

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