气动机械手夹持力的控制系统研究

论文摘要

气动机械手的应用越来越广泛,特别是在一些工业装配过程中,利用气动机械手能提高工作效率,还可用在一些对人体健康不利的场合。不仅如此,机械手的应用已经向医疗、生活、娱乐扩展。在一些场合下,机械手指要夹取的东西是易损、易碎的,比如较薄的零件和鸡蛋等。这就要求手指能很好的“适应”这些物体,而不能对其造成任何损害。本文所做的研究就是要使气动手指能抓取鸡蛋等易碎物体。为此,先从人手的抓取机理分析开始,通过分析知道了人手的抓取机理和人手的神经构造。因此给气动手爪选取了类似于人手感觉神经的传感器。接着对气动系统进行了设计,选择了比例压力阀来控制气缸。这样就建立起了气动比例/伺服力控制系统。本设计给气动手爪施加一个很小位移产生的力作为最初的尝试力。这个初始力不是系统的关键部分,关键是对滑动的处理。初始夹持力的施加采用PID控制来校正。滑动信号及时、有效的处理就成为研究中至关重要的部分。经过分析最终采用模糊自适应PID控制。目的就是要通过模糊控制器对滑动信号进行处理,及时增加初始力值并同时调整PID参数。本文采用的是基于手指位置的夹持力自适应控制系统,并建立了基于位置的气动手指系统模型。最后通过MATLAB/SIMULINK和AMESim仿真分析,得出了PID控制能快速、准确的给手指施加一个初始力;而模糊自适应PID控制系统能迅速处理滑动信号并调整夹持力目标值和PID参数。因此,本文所作的研究无论是在学术上还是在实际应用中都具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 气动技术的发展与现状
• 1.2 气动伺服系统的发展状况
• 1.3 气动伺服系统的分类
• 1.4 气动机械手的发展现状
• 1.5 课题的提出及主要研究内容
• 1.5.1 课题的提出及实际意义
• 1.5.2 课题的主要内容
• 1.6 小结
• 第二章 气动手指的抓取分析
• 2.1 气动手指的选择
• 2.1.1 气动手指的工作要求
• 2.1.2 气动手指的选择
• 2.2 气动手指分析
• 2.2.1 气动手指的结构参数及工作原理
• 2.2.2 气动手指的运动方程
• 2.3 人手的抓取机理分析
• 2.3.1 人手的抓取机理
• 2.3.2 人体皮肤感受器
• 2.4 传感器的选用
• 2.4.1 触觉传感器分析
• 2.4.2 传感器选用
• 2.5 小结
• 第三章 电—气比例/伺服控制系统分析与设计
• 3.1 比例/伺服控制气缸的基本方程
• 3.1.1 电—气比例/伺服控制系统工作原理
• 3.1.2 气缸的连续性方程
• 3.1.3 比例压力阀的流量方程
• 3.1.4 气缸和负载的力平衡方程
• 3.1.5 电—气比例/伺服位置控制系统的传递函数
• 3.1.6 电—气比例/伺服力控制系统的传递函数
• 3.1.7 主要性能参数分析
• 3.2 气动手爪伺服系统的设计
• 3.2.1 气动回路的构成及原理
• 3.2.2 控制回路的构成及原理
• 3.3 阀的特性分析及试验研究
• 3.3.1 阀的结构及工作原理
• 3.3.2 阀的静态特性
• 3.3.3 阀的动态特性试验分析
• 3.4 小结
• 第四章 气动机械手控制策略研究
• 4.1 系统控制分析
• 4.1.1 控制过程分析
• 4.1.2 提出控制方法
• 4.2 模糊控制分析
• 4.2.1 模糊控制介绍
• 4.2.2 可行性分析
• 4.3 手爪的模糊自适应PID控制
• 4.3.1 模糊自适应PID控制介绍
• 4.3.2 模糊控制器的设计
• 4.4 基于PID的压力控制
• 4.5 小结
• 第五章 仿真分析
• 5.1 系统数学模型的确立
• 5.2 系统的AMESim模型
• 5.2.1 AMESim软件简介
• 5.2.2 电—气比例减压阀的AMESim模型
• 5.2.3 系统的AMESim仿真模型
• 5.3 基于MATLAB/Simulink的控制系统仿真分析
• 5.3.1 初始夹持力控制
• 5.3.2 滑觉信号的分析处理
• 5.4 基于AMESim的控制系统仿真分析
• 5.4.1 系统的频域分析
• 5.4.2 系统的输出位移分析
• 5.4.3 系统压力仿真
• 5.4.4 系统速度仿真
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 不足和后续工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文