五自由度液压机械手的液压系统设计与动态分析

摘要

随着机械手在工业领域越来越广泛的普及,人们对机械手的要求也越来越高,包括机械手的动力大小、灵活程度以及自动化程度等等。液压机械手是典型的机电液一体化设备,集成了机械设计、液压传动、计算机、自动控制与传感技术等许多学科的科研成果。本文设计了一台用于实验研究的机械手,并重点对液压负载敏感系统以及电液比例位置控制系统进行了深入地研究。
　　首先,对液压机械手的国内外研究现状与发展方向进行了深入地调查研究。通过对各种机械手对比发现,关节型机械手运动灵活性大、惯性小、占有空间小、工作范围大;液压驱动机械手抓举力大、动作平稳、耐冲击、耐震动。所以,本课题定位为五自由度关节型液压机械手。同时发现,多路负载敏感系统和电液比例位置控制应用于机械手可使其可控性更好、控制精度更高、工作效率更高,是一个发展趋势,故将其作为本课题开发的液压机械手的核心部分,并利用仿真技术重点加以研究。
　　本文在前期调研的基础上，同时也结合实验室里的具体条件,提出了一个液压机械手的总体设计方案,并利用Solidworks进行三维建模,完成了机械手的结构设计。并重点对机械手的液压系统进行了设计,对液压系统中的元件参数进行了设计计算,并根据计算结果对液压元件进行了选型设计。
　　其次,本文对机械手的电液比例位置控制系统进行了研究。从阀控制缸的基本原理入手,建立了比例阀控制液压缸的数学模型,并在些基础上得出了液压机械手电液比例位置控制系统的数学模型,利用仿真软件对它的动态特性进行分析。同时,引入PID控制,利用Matlab/Simulink对所建模型进行仿真分析,得出PID控制的三个合适的参数,为后面建立整个液压系统仿真模型和控制系统提供了依据。
　　另外,利用液压仿真软件AMESim对液压系统负载敏感元件、液压缸以及多路阀进行物理建模,并最终建立了整个机械手开中心负载敏感系统的仿真模型,在进行模拟加载的情况下,对机械手进行了仿真,得到了整个液压系统在典型工况下的特性曲线,对液压系统进行了分析验证。
　　本文还对设计加工的机械手实验台进行了测试研究。主要对液压系统(即开中心负载敏感控制系统)进行了试验验证,得到了压力曲线,通过与仿真试验曲线对比,验证了仿真模型的正确性,同时也对液压系统的特性进行了更深层次的理解和掌握。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研要究背景与意义

1.2 机械手国内外发展现状

1.3 课题相关技术的发展和研究方向

1.4 论文的主要工作及研究内容

第2章 机械手液压系统设计

2.1 机械手的结构设计

2.2 液压系统总体设计

2.3 液压元件的选择及参数确定

2.4 本章小结

第3章 五自由度机械手电液比例位置控制系统研究

3.1 电液比例位置控制系统原理及构成

3.2 电液比例位置控制系统数学建模分析

3.3 液压机械手电液比例控制系统动态特性仿真分析

3.4 电液比例控制系统的PID控制及仿真研究

3.5 本章小结

第4章 基于AMESim的机械手液压系统的建模与仿真分析

4.1 液压系统仿真技术的发展和AMESIM软件简介

4.2 液压系统仿真模型的建立与仿真分析

4.3 本章小结

第5章 机械手负载敏感液压系统的试验研究

5.1 试验目的

5.2 试验设备与步骤

5.3 试验测试工况与结果

5.4 试验结果与仿真结果分析比较

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录