动力锂电池组生产线机械手控制系统的设计与实现

摘要

本课题来源于深圳市智优公司,旨在设计一条动力锂电池组的装配生产线,提高动力锂电池组的生产效率,促进动力锂电池组在电动汽车、电动大巴等领域的应用。该生产线要求装配机械手能够快速准确抓取提升机构上的工件,然后在传送带上对整个动力电池组进行装配。
　　本文首先对国内外装配机械手的发展现状进行了简要介绍,然后分析了生产线的工艺流程和功能需求,搭建了装配机械手控制系统的硬件平台,提出了装配机械手精确重复定位的方法,设计了上下位机的CAN通信协议,设计了基于ARM+运动控制芯片模式的四轴运动控制器,编写了机械手的运动控制程序,最后对装配机械手进行了单工位调试和联机调试。具体的研究内容如下:
　　1.首先,根据整条生产线的工艺流程和功能需求,搭建了装配机械手控制系统的硬件平台,对控制系统的传感器进行了选型,并确定了运动控制器的系统架构。
　　2.其次,采用S升降速曲线以及基于模糊PID控制的位置伺服控制、激光传感器搜索提高了机械手的重复定位精度,完成了机械手对零部件的精确定位。
　　3.参考CAN通信的报文帧格式,设计了上下位机的CAN通信协议,并且对上下位机之间的数据信息进行了定义,实现了上位机对整条生产线的数据管理和生产节拍管理。
　　4.然后采用ARM+运动控制芯片的模式,设计LM3S9B96+PCL6045b的四轴运动控制器,编写了机械手的运动控制应用程序,实现了对单个工位机械手的工作流程的控制。
　　5.最后对生产线装配机械手进行了单个工位的调试以及联机调试,测试了机械手的重复定位精度,并对调试过程中出现的异常情况提出了解决方法。
　　目前,整条生产线装配机械手的装配、系统的硬件调试以及单工位机械手的装配运动控制调试已经完成,10个工位的装配机械手能够满足生产线的需求。整条生产线的联机调试正在进行当中。

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第一章 绪 论

1.1研究工作的背景与意义

1.2装配机械手的组成与分类

1.3机械手的发展状况

1.4课题的研究意义

1.5论文的主要内容

第二章 锂电池组装配机械手的系统架构及总体设计

2.1动力锂电池组装配生产线概况

2.2锂电池组装配机械手控制系统的硬件平台

2.3本章小结

第三章 锂电池组装配机械手的精确重复定位

3.1装配机械手的升降速曲线控制

3.2装配机械手位置伺服的模糊PID控制

3.3装配机械手激光传感器定位

3.4本章小结

第四章 动力锂电池组生产线装配机械手CAN通信设计

4.1装配机械手控制系统CAN通信协议设计

4.2装配机械手CAN通信程序设计

4.3装配机械手CAN通信监测控制模块程序设计

4.4本章小结

第五章 装配机械手控制系统的设计

5.1装配机械手运动控制器的设计

5.2装配机械手控制系统的应用程序设计

5.3实时操作系统uC/OS.II在ARM上的移植

5.4本章小结

第六章 锂电池组装配生产线装配机械手系统调试

6.1装配机械手各工位控制单元调试

6.2生产线装配机械手系统联调

6.3本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果