基于通用数控系统对工业机械手控制的研究

摘要

为了降低工业机械手的开发成本，缩短工业机械手的开发周期，便于其在中小企业中的推广使用，本课题根据工业机械手设计、控制的相关理论，结合其所能达到的功能动作要求，以连杆轴套装配作业机械手作为研究对象展开研究。从机械手控制系统出发，研究如何应用通用数控系统作为主控系统，工业机械手通过编辑指令程序实现流程控制，以及提高控制精度、操作便健性的相关技术与方法。
　　本文对机械手的运动过程进行分析，根据机械手的结构特点及控制的需要，进行数控系统及相关的电气元器件的选型分析，选定“世纪星”HNC-18xp/M3系统作为连杆轴套装配作业的机械手的控制系统，并进行控制原理图设计、伺服控制系统设计和气动系统设计。根据机械手逻辑控制的需要，对数控系统PLC程序设计的内容、方法进行了分析、探讨，据此进行程序的设计，包括手动、自动等程序的编制、仿真、传输和调试等。根据电气原理图，将数控系统、手持单元、伺服电机以及计算机等搭建成一基于数控系统控制的机械手试验平台，运用“择点法”对装配机械手进行实验调试。经过实验调试结果表明:基于通用数控系统对工业机械手控制方法可行，缩短了工业机械手的开发周期，节约了开发成本，并提高了工业机械手的工作效率和重复定位精度，对工业机械手的研发具有较好的指导意义和应用价值，可为工业机械手在中小企业的推广提供了一定的理论依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及来源

1．2 国内外的研究和发展现状

1．2．1 国内通用数控系统的发展现状

1．2．2 国外通用数控系统的发展现状

1．2．3 工业机械手控制系统应用现状

1．3 机械装备的数控化改造

1．3．1 机械设备数字化改造的意义

1．3．2 经数字化控制改造后机床的优越性

1．3．3 数控化改造市场研究

1．4 本文的选题及主要研究内容

2 装配机械手系统简介

2．1 装配机械手及其工作要求简介

2．1．1 装配机械手简介

2．1．2 装配机械手工作要求

2．2 机械手总体结构简介

2．2．1 手部结构

2．2．2 手臂结构

2．2．3 基座结构

2．3 装配机械手作业运动过程

3 基于通用数控系统的机械手控制系统分析及设计

3．1 基于通用数控系统的机械手控制要求分析及总体组成

3．1．1 机械手控制要求分析

3．1．2 通用数控系统功能分析及总体结构组成

3．2 数控系统选型

3．2．1 数控系统的选型

3．2．2 “世纪星”HNC-18xp／M数控装置简介

3．3 电气原理图的设计

3．4 伺服控制系统

3．4．1 伺服控制系统概述

3．4．2 伺服控制系统设计

3．5 气动系统

3．5．1 气动系统的概述

3．5．2 气动系统的设计

4 基于数控系统的PLC设计研究

4．1 数控系统PLC设计需要解决的问题分析及方案设计

4．1．1 数控系统PLC设计需要解决的问题分析

4．1．2 数控系统PLC设计的方案设计

4．2 数控系统PLC开发环境

4．2．1 PLC编辑器简介

4．2．2 PLC梯形图程序使能流程

4．3 数控系统PLC设计

4．3．1 PLC系统I／O口分配

4．3．2 PLC程序基本指令与功能指令

4．3．3 PLC程序设计

5．控制系统的连接与调试

5．1 数控系统与附件的连接

5．1．1 数控装置与外部计算机的连接

5．1．2 数控装置开关量输入／输出的连接

5．1．3 数控装置与手持单元的连接

5．2 数控装置与进给驱动装置的连接

5．2．1 数控装置脉冲式轴控制接口简介

5．2．2 数控装置电机驱动类型

5．2．3 伺服驱动器及伺服电机

5．3 驱动器及伺服电机的连接

5．3．1 接线端子的连接

5．3．2 通讯连接器CN1连接与配线

5．3．3 输入输出连接器CN2连接与配线

5．3．4 编码反馈连接器CN3连接与配线

5．4 装配机械手调试实验

5．4．1 装配机械手运动轨迹控制方法

5．4．2 定点轨迹的择点

5．4．3 轨迹数控编程的编写

5．4．4 轨迹数控编程的调试与结果分析

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果