水箱喷釉并联机械手及其控制

论文摘要

施釉是卫生陶瓷生产过程中的一个重要工序,它利用压缩空气将釉浆雾化喷涂于坯体表面。长期以来,我国施釉工序主要靠手工完成,其作业环境恶劣,劳动强度大,质量差,生产效率低。随着人们物质文化生活需求的日益增长,对卫生陶瓷生产提出了更高要求。用机器人代替人工施釉已成为卫生陶瓷生产的发展方向。在介绍了卫生陶瓷施釉工艺和装备、并联机器人、运动控制的研究现状以及单片机的发展及在分析水箱施釉运动过程的基础之后,提出一种二自由度并联机构作为水箱施釉机械手执行机构,该机构运动副全部为转动关节,驱动器安装在基座上,机构运动质量小、结构简单,可以避免驱动器和传动副受飞溅的釉浆堵塞。此外,该机构还具有较高的刚度、定位精度,较大的平动工作空间和较快的运动速度等特点。建立了机构运动学和动力学模型,为电机选型和机械手控制提供了数学工具。通过对机械手位置、速度和动力学仿真,确定了步进电机参数。提出了一种基于PIC单片机与MCX314As运动控制芯片的一种机械手闭环控制系统,进行了控制系统外部接口电路设计和软件设计,提出了提高硬件系统抗干扰和软件系统稳定性的具体措施;采用CPU对喷枪轨迹的线性插补和运动控制模块的位模式插补的并行处理方法,解决了并联机械手操作空间和关节空间坐标转换问题,实现了施釉机械手末端连续运动轨迹控制;设计了机械手关节运动PID控制器,确定了控制器的参数,并对其时间响应及稳定性做了仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 卫生陶瓷施釉机器人国内外研究综述
• 1.1.1 卫生陶瓷施釉机器人国内外发展动态
• 1.1.2 水箱施釉机器人
• 1.2 并联机器人的发展及应用综述
• 1.2.1 并联机构的发展概况
• 1.2.2 少自由度并联机构的发展概况
• 1.2.3 并联机构的应用
• 1.3 运动控制系统的概述
• 1.3.1 运动控制器的研究现状
• 1.3.2 运动控制器的种类
• 1.4 PIC 单片机的特点与应用
• 1.4.1 PIC 单片机的特点
• 1.4.2 PIC 单片机的应用
• 1.5 主要研究内容
• 2 施釉并联机械手机构分析
• 2.1 喷釉并联机械手系统总况
• 2.2 喷釉并联机械手的位置运动学分析
• 2.2.1 运动学逆解
• 2.2.2 运动学正解
• 2.3 喷釉并联机械手的速度模型
• 2.4 喷釉并联机械手的加速度模型
• 2.5 喷釉并联机械手的逆动力学分析
• 2.6 喷釉并联机械手的运动学及动力学仿真
• 2.7 步进电机参数确定与选型
• 3 喷釉机械手控制系统硬件设计
• 3.1 喷釉机械手控制系统功能分析与方案设计
• 3.2 微处理器的选型
• 3.3 运动控制模块
• 3.3.1 芯片MCX314As 的功能
• 3.3.2 芯片MCX314As 与多轴联动控制实现
• 3.4 控制系统的接口设计
• 3.5 运动控制系统的抗干扰设计
• 3.5.1 信号传输的抗干扰设计
• 3.5.2 印刷电路板及电路的抗干扰设计
• 3.6 本章小结
• 4 喷釉控制系统软件设计
• 4.1 机械手的软件总体设计
• 4.2 操作空间与关节空间插补实现
• 4.3 软件可靠性措施
• 4.4 本章小结
• 5 喷釉并联机械手的PID 控制
• 5.1 喷釉并联机械手控制结构
• 5.2 PID 控制原理
• 5.2.1 PID 控制原理及其特点
• 5.2.2 PID 控制规律
• 5.2.3 PID 算法的数字化
• 5.3 PID 参数整定
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集