论文摘要
码垛机器人作为现代码垛系统中最重要的设备,它的操作范围、码垛速度、稳定性等工作能力决定了整个码垛系统设计的成败。本文根据米袋码垛系统的应用确定码垛机器人的工作空间范围、码垛能力等性能参数。本论文中主要研究有五大部分内容:一、根据大米生产流程,由米袋码垛系统确定米袋码垛系统中机器人的设计参数;二、四坐标圆柱形机器人的机械结构设计及关键零部件的选型与设计;三、通过对直流伺服电机控制特性分析,应用PWM调速技术对直流伺服电动机调速,本文设计了转速电流双闭环电机调速系统及其参数,并建立转速电流双闭环控制系统动态结构和控制模型;四、建立机器人机电控制模型,在Simulink环境下对机器人机电系统控制性能进行仿真。另一方面,利用SISO工具对位置伺服系统进行设计,通过与位置伺服系统的比例控制比较得出位置伺服系统PID控制的优越性;五、利用MATLAB软件仿真实验,指出了传动系统性能参数对四坐标圆柱形机器人机电控制系统性能的影响。本文在机器人机械设计和控制系统设计基础上,讨论了一些因素对机器人机电控制系统的影响。1.通过对控制系统模型的MATLAB仿真分析,可知增大系统增益有利于增加系统的快速性,但会造成系统的不稳定,因此需要选择合适的系统增益以保证机电控制系统良好的控制性能。2.根据控制系统模型的MATLAB仿真结果,分析了机器人机械参数(如负载转动惯量、系统阻尼比、系统刚度、传动链误差等)对控制系统的影响,得出结论:在保持机械系统刚度的情况下,尽可能减少负载的转动惯量,减小传动误差,选择合适的阻尼比,以保证系统控制性能良好。3.在本文最后部分,利用MATLAB提供的非线性模块对机器人位置伺服系统进行仿真分析,讨论了机器人非线性因素(如摩擦非线性、间隙非线性、死区非线性等)对控制系统的影响,并指出减小非线性影响的的控制方法。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 研究背景1.1.1 传统码垛模式1.1.2 现代机器人码垛技术1.2 现代机器人码垛机的发展状况1.3 研究目的和意义1.4 本文主要研究工作1.5 本章小结第2章 码垛机器人整体设计2.1 米袋码垛系统介绍2.1.1 大米生产流程2.1.2 米袋码垛系统2.2 米袋码垛机器人原理2.2.1 码垛机器人工作空间参数设计2.2.2 码垛机器人方案设计2.3 四自由度码垛机器人运动控制方案设计2.3.1 码垛机器人运动控制系统方案设计2.3.2 码垛机器人位置伺服系统设计2.3.3 码垛机器人控制软件结构2.4 四自由度码垛机器人的结构设计2.4.1 机器人抓手设计2.4.2 机器人腕部设计2.4.3 机器人臂部设计2.4.4 机器人腰部设计2.5 四自由度码垛机器人主要部件的选型设计2.5.1 直流伺服电机的选型2.5.2 齿轮减速器的设计计算2.5.3 同步齿形带传动计算2.5.4 滚珠丝杠的选型2.5.5 导轨的选型2.6 本章小结第3章 机器人伺服电机控制系统模型3.1 直流伺服电机的控制模型3.1.1 直流伺服电机的控制特性及指标3.1.2 直流伺服电机的控制模型3.2 脉宽调制（PWM）直流调速3.3 直流电动机转速电流双闭环控制系统模型3.3.1 转速电流双闭环控制系统的组成结构3.3.2 PWM脉宽调节装置的控制模型3.3.3 转速电流双闭环控制系统模型3.4 电流环控制原理及参数设计3.4.1 典型Ⅰ型控制系统的参数设计3.4.2 电流环参数设计3.5 转速环控制原理及参数设计3.5.1 电流环的等效闭环传递函数3.5.2 转速环的等效结构3.5.3 Ⅱ型控制系统的参数设计3.5.4 转速环的参数设计3.6 本章小结第4章 机器人位置伺服系统设计及仿真4.1 仿真环境介绍4.2 机器人机电系统仿真4.2.1 系统模型建立4.2.2 机器人机电控制系统Simulink仿真4.3 机器人位置伺服系统设计及仿真4.3.1 基于Simulink工具的位置伺服系统模型4.3.2 基于设计工具SISO的PID控制设计4.4 本章小结第5章 伺服系统参数对系统性能的影响及控制策略5.1 传动机构的机械参数对系统性能的影响5.1.1 负载转动惯量的影响5.1.2 系统刚度5.1.3 阻尼系数5.1.4 恒定负载转矩5.2 非线性环节对系统控制性能的影响5.2.1 传动链误差5.2.2 摩擦非线性5.2.3 死区非线性5.3 本章小结结论致谢参考文献攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
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