自动抱夹横移机的虚拟设计、仿真分析及其控制研究

摘要

自动抱夹横移机源于直角坐标型机械手，目前已广泛使用于各个工业领域，成为当今制造业生产自动化中不可或缺的光机电一体化装备。自动抱夹横移机的结构形式、运动方式较为复杂，在实际工作状况下强度、抗振性和控制系统性能要求也很高，设计人员往往难以进行直观的想象和精确的设计分析，传统的设计方法存在设计周期长、修改不便和试制样机成本高的缺点。为了解决这些问题，本文对某公司的燃气空调自动抱夹横移机进行了虚拟设计、仿真分析和控制技术研究，主要内容和成果如下：
　　 在回顾和分析直角坐标型机械手研究及应用的基础上，通过分析燃气空调抱夹横移机的实际工作流程，并贯彻经济性、设计可靠性等原则，对其进行了总体方案设计。
　　 在对自动抱夹横移机本体结构设计中，根据整机对手部抱夹装置的设计要求，即结构简单、运动可靠、易于控制等，对其展开了可靠性设计研究。同时，运用专业的三维设计软件UG对自动抱夹横移机展开了虚拟设计与仿真分析等方面的研究，通过对关键零部件的运动仿真、强度有限元分析、模态分析等，来进一步提高设计的可靠性和缩短产品的开发周期。最终成功地开发了一台新型燃气空调自动抱夹横移机样机。
　　 根据自动抱夹横移机的自身特点及作业需求，采用了交流伺服与气动混合的驱动策略，建立了以可编程控制(PLC)为核心的控制系统。通过现场的安装与调试，表明该系统具有良好的经济性和稳定性，能够完成预定的工作任务。
　　 本文所设计的燃气空调自动抱夹横移机已成功地应用于某公司的生产线上，使用效果良好。因此本课题的研究对进一步促进直角型工业机械手的应用和推广，具有重要的理论价值和现实意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.1.1自动抱夹横移机的概述

1.1.2直角坐标型机械手的研究进展

1.1.3直角坐标型机械手的应用成果

1.1.4自动抱夹横移机研究的必要性

1.2课题的研究内容及其采用的技术路线

1.2.1课题研究的主要内容

1.2.2课题研究拟用的技术路线

1.3本章小结

第2章 燃气空调自动抱夹横移机的总体方案设计

2.1燃气空调组装车间生产线概况

2.2自动抱夹横移机机型确定

2.3自动抱夹横移机的动作流程与时间分配

2.3.1确定完成动作及顺序

2.3.2工步时间分配

2.4自动抱夹横移机的驱动方案确定

2.5自动抱夹横移机的控制方案确定

2.6本章小结

第3章 燃气空调自动抱夹横移机本体设计与仿真分析

3.1自动抱夹横移机手部抱夹装置的可靠性设计

3.1.1设计要点分析

3.1.2手部抱夹方案的确定

3.1.3手部真空吸盘的设计计算

3.1.4手部抱夹装置的结构设计

3.2基于UG的自动抱夹横移机虚拟设计与仿真分析

3.2.1 UG辅助自动抱夹横移机设计概述

3.2.2自动抱夹横移机样机虚拟设计

3.2.3基于UG/Motion的运动仿真

3.2.4吸盘支架静态强度的计算与分析

3.2.5吸盘支架的改进设计

3.2.6手部抱夹装置的模态分析

3.3本章小结

第4章 燃气空调自动抱夹横移机控制系统

4.1自动抱夹横移机的工作过程及其控制要求

4.2基于PLC的控制系统硬件设计

4.2.1 PLC的选型与I/O配置

4.2.2交流伺服电机的伺服控制

4.2.3气动控制回路的实现

4.2.4 PLC的硬线接线图

4.3基于PLC的控制系统软件设计

4.3.1控制流程

4.3.2 PLC控制程序设计

4.3.3 PLC控制程序调试

4.4自动抱夹横移机安装与调试

4.4.1系统现场安装

4.4.2系统的调试与改进

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1本文的主要研究成果

5.2下一步研究工作展望

致谢

参考文献