空间直角坐标机械手控制系统开发

摘要

随着我国工业现代化进程的不断加深、人工劳动力成本的不断提升，工业机器人代替人力劳动将成为工业发展的必然趋势。
　　本文研究的空间直角坐标机械手主要应用于生产加工行业，能够配合传动带流水线实现物品的抓取、搬运、码放等作业流程。论文对空间直角坐标机械手结构和工作原理进行了分析，机械手在水平方向的运动轨迹采用空间直线插补算法实现对空间直角坐标机械手的位置控制。
　　本论文设计的直角坐标机械手在XY轴采用联动方式运行，Z轴主要完成对物品抓取、码放动作。对伺服系统进行了数学建模并对三闭环伺服系统的动态性能进行了分析。对机械手抓取和码放过程控制系统建立数学模型并进行仿真分析，并采用模糊PID控制算法对气抓安装的压力传感器压力进行控制。
　　论文的硬件设计主要由控制系统、驱动系统、执行机构三大部分组成。通过对比分析和严格计算，选用三菱FX2N-64MT作为主控器，选用富士伺服电机作为驱动机构，选用三菱GOT1000为触摸屏，选用MHT2-40D气爪缸作为执行机构，各部分机构协调动作来完成控制要求。
　　论文的软件设计主要由上位机和下位机两部分组成。编制了基于GT Designer2的上位机触摸屏监控软件和基于GX Developer的下位机控制软件，最后通过上位机与PLC的联机实验对控制系统的设计方案进行优化改进，以达到运行目的使得三大系统协调动作，高效的完成控制任务。
　　课题用直线加减速算法实现速度控制，可以显著缩短运行轨迹，提高运行效率。通过对伺服系统位置环、速度环增益调节，可以提高伺服系统精度。采用模糊PID控制算法对气抓安装的压力传感器压力进行控制，此算法能够大大提高系统稳定性和自适应性。

目录

声明

1绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外的研究现状及发展趋势

1.3 论文研究主要内容

1.4 本章小结

2 空间直角坐标机械手的总体设计

2.1 机械手工作原理

2.2 空间直角坐标机械手结构分析

2.3 控制系统硬件总体方案设计

2.4 本章小结

3 机械手伺服驱动技术及其仿真研究

3.1伺服控制技术概述

3.2伺服系统电气控制设计

3.3单轴伺服驱动系统仿真分析

3.4 伺服驱动系统的仿真分析

3.5 本章小结

4 直角坐标机械手运动控制算法设计

4.1 机械手运动过程分析

4.2 机械手码放运动过程建模

4.3 机械手码放运动控制策略

4.4机械手码放运动系统仿真

4.5 本章小结

5 机械手控制系统的硬件与软件设计

5.1 基于PLC的控制系统设计

5.2 FX2N-1PG定位模块简介

5.3 末端执行机构及触摸屏的选型

5.4 控制系统各子程序软件设计

5.5 自动运行程序设计

5.6 FX2N-1PG定位程序设计

5.7 本章小结

6 上位机监控软件设计与系统调试

6.1 组态系统介绍

6.2 组态项目创建

6.3上位机监控界面设计

6.4 系统仿真与调试

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

研究生阶段主要成果