气动机械手的结构设计及伺服控制研究

论文摘要

气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点,特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。为了增强机械手的通用性和互换性,使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能,本文采用模块化气动机械手,对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计,便于机械手的标准化生产和使用。在机械手的结构设计分析中,根据D-H法建立了机械手的运动学模型,确定各连接杆件与末端执行器的空间位置和姿态关系;根据拉格朗日方程建立机械手动力学模型,确定各关节运动与作用力（或力矩）之间的关系。对机械手的定位控制分析,采用电气-气压伺服定位技术设计机械手的驱动系统,采用S7-200 PLC作为控制核心,根据机械手的工作流程制定控制方案,实现了机械手的任意点定位和无级调速。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工业机械手的国内外发展历史和现状
• 1.2 气动技术发展状况
• 1.3 课题的研究目的及意义
• 1.4 研究内容和拟解决的问题
• 第2章 机械手的设计要求及总体设计方案
• 2.1 系统功能设计
• 2.2 机械手的坐标形式与自由度
• 2.3 机械手工作过程及工步时间分配
• 2.4 机械手的基本参数
• 2.5 模块化设计
• 2.5.1 模块划分的一般原则
• 2.5.2 模块设计的方法
• 2.5.3 模块式机械手及组成
• 2.6 机械手的总体方案设计
• 2.7 小结
• 第3章 运动学和动力学分析
• 3.1 机械手运动学分析
• 3.1.1 D-H法
• 3.1.2 机械手运动学分析
• 3.2 机械手动力学分析
• 3.2.1 拉格朗日（Lagrange）方程
• 3.2.2 机械手动力学分析
• 3.3 小结
• 第4章 机械系统设计
• 4.1 机械手气动伺服系统设计
• 4.1.1 气动伺服系统设计
• 4.1.2 电气伺服阀
• 4.2 执行机构设计
• 4.2.1 手部结构设计
• 4.2.2 手臂结构设计
• 4.2.3 基座结构设计
• 4.2.4 气动辅助元件选取
• 4.3 小结
• 第5章 控制系统设计
• 5.1 PLC的应用设计步骤
• 5.2 控制系统PLC选型与I/O点确定
• 5.2.1 PLC的选择
• 5.2.2 控制系统输入输出设备以及I/O点确定
• 5.3 步进电机
• 5.4 PLC编程
• 5.5 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的学术论文