贴瓷砖机器人末端执行器设计及其控制模块研究

摘要

1954美国德沃尔工业机器人专利已经公布了半个多世纪。它的生长过程证实了这一结论:机器人是第二十世纪的一项伟大发明。机器人技术的应用和进步是二十世纪人工智能最具说服力的成就，是现代最高意义的自动化。进入21世纪，人们正在愈来愈深切地感受到机器人深入产业、融入生活、渗透社会各个角落的坚实步伐。 建筑机器人属于专用机器人，如本文所要研究的贴瓷砖机器人，其特点是多数都围绕建筑主体和装饰工程而开发，都有特定的作业目标。这些机器人为建筑行业节省劳动力和安全保障做出了贡献，但是在经济层面却还存在很多课题，这也是建筑机器人没能普及的重要原因。 本文以工业机器人为研究背景，设计可以完成瓷砖粘贴工作的特殊末端执行器，并基于SolidWorks中的Simulation对所设计的贴瓷砖机器人末端执行器进行静力学分析，验证吸盘架设计是否合理能否正常工作。然后对末端执行器真空系统进行设计，是系统可以实现正负压的转换，绘制气路系统流程图，真空系统吸附系统包括气原装置、真空过滤元件、方向控制元件、流量调节元件、执行元件，分别对各个元件进行选型计算，并基于SMC公司生产的Vacuum Adsorption Transfer system Selection Software Ver.1.0-Moder selection软件，来仿真实验得出所设计的真空吸附系统的吸着相应时间和释放时间，从而验证所设计的气路系统是否满足工作要求。最后对贴瓷砖机器人控制系统进行分析与设计，控制系统模块设计过程中选择三菱公司的Fx2N系列PLC为控制单元完成伸缩、吸取瓷砖、升降等动作的一系列控制。之后介绍了传感器的选型和PLC的硬件系统中与外部电路的连接等，给出机械手控制模块的设计方案。最后进行PLC控制模块的SFC(Sequential Function Chart)图、梯形图等软件程序设计，并选择Gx-Works2编程软件录入程序，按工作顺序一步一步进行调试，进行不断优化。设计形成的系统与继电-接触器控制系统比较具有较高的控制精度，可靠性相对更强，安全性能有所提升，故障率大幅度降低。 在上述研究的基础上，得到了机器人的设计方案，该方案基于对可编程控制器的控制系统的研究，可以使机器人完成对瓷砖的吸附和粘接的过程，为以后对于建筑机器人进一步的学习研究工作奠定了一定的理论基础。

目录

声明

摘要

1．1课题研究背景

1．2同类建筑机器人国内外研究现状

1．2．1国内建筑机器人研究现状

1．2．2国外建筑机器人研究现状

1．3 PLC的发展状况和发展趋势

1．3．1国外发展概况

1．3．2国内发展概况及应用概况

1．4本课题主要研究内容

1．5本章小结

第2章贴瓷砖机器人末端执行器的设计

2．1引言

2．2末端执行器的设计要求及分类

2．2．1末端执行器的分类

2．2．2末端执行器的设计要求

2．3末端执行器的失效方式分析

2．4贴瓷砖机器人末端执行器的工作流程

2．5吸附式末端执行器设计方案

2．5．1真空吸盘的设计

2．6贴瓷砖机器人吸盘架的SolidWorks建模

2．6．1基于simulation的末端执行器的静力学分析、模态分析

2．7本章小结

第3章真空吸附系统设计与各元器件选型

3．1引言

3．2真空吸附系统方案设计

3．3真空吸附系统各元件计算选型与建模

3．3．1真空发生器

3．3．2电磁阀

3．3．3节流阀

3．3．4正／负压比例阀

3．3．5空气过滤器与油雾分离器

3．3．6真空过滤器

3．3．7其他真空元件

3．4真空吸附系统响应时间验证

3．5本章小结

第4章贴瓷砖机器人控制模块分析与设计

4．1引言

4．2 PLC控制系统设计的内容和步骤

4．2．1 PLC控制系统的基本原则

4．2．2 PLC控制系统设计步骤

4．3传感器的选择

4．4 PLC的硬件设计

4．4．1 PLC机型的选择

4．4．2 I／O点数分配

4．4．3 PLC外部接线图

4．5 PLC的软件设计

4．5．1 PLC软件设计的方法

4．5．2 PLC程序设计

4．6本章小结

5．1引言

5．2．1 Gx-Works2软件

5．2．2系统配置要求

5．3 PLC程序输入与仿真调试

5．3．1 PLC程序语言的创建

5．3．2 PLC程序的规则

5．3．3 PLC程序仿真调试

5．4本章小结

6．1总结

6．2工作展望

参考文献

致谢