拉伸机专用上下料机械手的设计与控制系统研究

摘要

拉伸机能将金属薄板拉伸成型，在五金、家电、汽车等铝制品和不锈钢制品行业得到广泛的应用。随着国内拉伸机的广泛应用，对拉伸机加工过程的自动化程度要求越来越高。本文针对数控双动拉伸机自动化生产的需要，设计了拉伸机专用的上下料机械手，代替人工完成拉伸机的上下料，提高上下料的精度和拉伸机生产效率。
　　 本文首先分析了拉伸机的工作状态，完成了机械手总体结构的设计以及机械手的空间布局，分析了机械手的动作流程;针对拉伸机加工的工件尺寸会发生变化的特点，设计了能够自动对中的连杆交叉双活塞式平移夹持器。设计了机械手的液压系统，给出了机械手液压系统电磁铁的动作顺序表以及机械手执行元件动作循环图，分析了液压系统的工作原理;完成了液压缸、液压马达、电液伺服阀和液压泵的选型，对液压系统的性能进行了验算，保证系统能够稳定运行。
　　 本文运用D-H法建立了机械手运动学模型，并对逆运动学方程进行了求解，最后运用Matlab软件中的Robotics ToolBox工具箱对正逆运动学进行了仿真，得出了机械手末端执行器的空间轨迹，各关节的位移、速度和加速度曲线。本文建立了机械手小臂电液伺服位置控制系统的数学模型，并利用Matlab软件里的Simulink工具箱建立其仿真模型;针对系统阻尼比较小，导致系统不稳定的问题，在电液伺服位置控制系统中加入了压力反馈控制，大大提高了系统的阻尼比，增加了系统的稳定性，从而提高了机械手上料的精度。
　　 通过对机械手运动学的分析及仿真，验证机械手结构参数设计的合理性，也为机械手的控制系统设计和动力学、轨迹规划等研究提供理论分析的可靠依据。机械手小臂位置控制系统的研究表明，通过加入压力反馈控制可以增加小臂位置控制系统的稳定性了，提高小臂上料的精度。

目录

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 机械手发展现状及其分类

1.2.1 机械手概述及其发展现状

1.2.2 机械手的组成及分类

1.3 本文的主要研究内容

第二章 机械手总体结构设计

2.1 总体设计

2.1.1 拉伸机工作状态分析

2.1.2 机械手总体结构设计

2.2 机械手手部夹持器的设计

2.2.1 夹持器定位误差分析

2.2.3 连杆交叉双活塞式平移夹持器

2.3 本章小结

第三章 机械手液压系统设计

3.1 机械手液压系统设计

3.1.1 机械手液压系统

3.1.2 机械手液压系统工作原理

3.2 液压系统关键元件及主要参数确定

3.2.1 液压执行元件主要参数的确定

3.2.2 电液伺服阀的参数确定

3.2.3 液压泵的计算选择

3.3 液压系统的性能验算

3.4 本章小结

第四章 机械手运动学分析及仿真

4.1 机器人运动学概述

4.2 机器人运动学方程的D-H表示法

4.3 上下料机械手运动学方程

4.3.1 机械手正运动学方程的D-H表示法

4.3.2 机械手逆运动学方程求解

4.4 上下料机械手运动学仿真

4.4.1 机械手仿真模型的建立

4.4.2 机械手正、逆运动学仿真

4.4.3 机械手轨迹规划

4.5 本章小结

第五章 机械手电液伺服位置控制系统研究

5.1 机械手电液伺服位置控制系统的数学模型

5.1.1 电液伺服位置控制系统原理

5.1.2 电液伺服位置控制系统基本方程

5.1.3 电液伺服位置控制系统的数学模型

5.2 机械手电液伺服位置控制系统的仿真

5.2.1 电液伺服位置控制系统仿真参数的计算

5.2.2 电液伺服位置控制系统仿真模型的建立

5.3 压力反馈控制及其仿真

5.3.1 压力反馈控制原理

5.3.2 系统压力反馈控制仿真

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开表表的论著、论文

致谢