玻璃基板搬运机器人轨迹规划与控制系统研究

论文摘要

平板显示产业是电子信息产业中重要的基础性、战略性产业。玻璃基板是平板显示产业中不可或缺的关键基础材料之一。玻璃基板搬运机器人是一种在平板显示产品加工过程中承担玻璃基板交换与传递的自动化设备,其性能的优劣直接影响到平板显示产品的生产效率和制造质量。因此,对玻璃基板搬运机器人及其关键技术的研究具有积极的意义。首先,本文介绍了国内外玻璃基板搬运机器人的发展和研究现状,分析了关节空间机器人轨迹规划和笛卡儿空间机器人轨迹规划的基本原理,讨论了机器人运动控制器的发展现状与运动控制系统的分类。其次,本文结合国内市场的需求,提出了玻璃基板搬运机器人的设计准则,确定了玻璃基板搬运机器人的构型,详细介绍了玻璃基板搬运机器人机座模块、升降模块、旋转模块、伸缩模块和执行模块的结构和运动机理,从转矩匹配和转动惯量匹配两个方面校核了各模块伺服电机的匹配性能。然后,为提高玻璃基板搬运机器人运动的平稳性和快速性,本文介绍了机器人轨迹规划中常用的优化准则,提出了一种适合玻璃基板搬运机器人的时间-冲击综合最优轨迹规划方法,推导了基于三次样条函数的运动轨迹插补过程,建立了时间-冲击综合最优轨迹的数学模型和约束条件。为求解数学模型,本文设计了一种基于模糊逻辑理论的遗传算法,并利用MATLAB实现了遗传算法的编程和玻璃基板搬运机器人的实例仿真。仿真结果表明,本文所设计的时间-冲击综合最优轨迹规划方法能有效地解决机器人运动时间和关节冲击的矛盾问题。最后,本论文提出了玻璃基板搬运机器人控制系统的设计准则,确定了PC机+MPC02运动控制卡的主从式控制结构,选择了玻璃基板搬运机器人各模块的伺服电机和伺服单元,设计了玻璃基板搬运机器人的真空吸附系统和传感器系统,绘制玻璃基板搬运机器人控制系统的连线图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文选题背景及来源
• 1.2 玻璃基板搬运机器人概述
• 1.2.1 国内外玻璃基板搬运机器人的发展
• 1.2.2 国内外玻璃基板搬运机器人的研究现状
• 1.3 机器人轨迹规划概述
• 1.3.1 关节空间机器人轨迹规划
• 1.3.2 笛卡儿空间机器人轨迹规划
• 1.4 机器人运动控制系统概述
• 1.4.1 机器人控制器的发展现状
• 1.4.2 机器人运动控制系统的分类
• 1.5 论文主要工作和研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 玻璃基板搬运机器人结构设计与分析
• 2.1 玻璃基板搬运机器人构型方案的确定
• 2.1.1 玻璃基板搬运机器人常用构型
• 2.1.2 玻璃基板搬运机器人设计准则
• 2.1.3 玻璃基板搬运机器人构型确定
• 2.2 玻璃基板搬运机器人机械本体结构设计
• 2.2.1 玻璃基板搬运机器人总体结构设计
• 2.2.2 机座模块与升降模块结构设计与分析
• 2.2.3 旋转模块结构设计与分析
• 2.2.4 伸缩模块结构设计与分析
• 2.2.5 执行模块结构设计与分析
• 2.3 玻璃基板搬运机器人校核计算
• 2.3.1 伸缩模块电机匹配校核
• 2.3.2 旋转模块电机匹配校核
• 2.3.3 升降模块电机匹配校核
• 2.3.4 滚珠丝杠选型校核
• 2.4 本章小节
• 3 玻璃基板搬运机器人时间-冲击综合最优轨迹规划
• 3.1 机器人轨迹规划常用优化准则
• 3.1.1 机器人时间最优轨迹规划
• 3.1.2 机器人能量最优轨迹规划
• 3.1.3 机器人冲击最优轨迹规划
• 3.1.4 机器人综合最优轨迹规划
• 3.2 时间-冲击最优轨迹规划问题的提出
• 3.3 时间-冲击综合最优轨迹规划数学模型的建立
• 3.3.1 基于三次样条函数的轨迹规划
• 3.3.2 最小-最大冲击策略
• 3.3.3 时间-冲击综合最优轨迹规划的数学模型
• 3.3.4 数学模型的约束条件
• 3.4 常用优化算法在机器人轨迹规划中的应用分析
• 3.4.1 神经网络算法
• 3.4.2 动态规划算法
• 3.4.3 遗传算法
• 3.5 本章小结
• 4 基于模糊逻辑理论的遗传算法设计与实例仿真
• 4.1 基于模糊逻辑理论的遗传算法设计
• c和变异率P_m的必要性'>4.1.1 控制交叉率P_c和变异率P_m的必要性
• 4.1.2 模糊控制器的设计
• 4.2 改进遗传算法在时间-冲击综合最优轨迹规划中的应用
• 4.2.1 改进遗传算法的应用
• 4.2.2 基于MATLAB的改进遗传算法的编程
• 4.3 时间-冲击综合最优轨迹规划实例仿真
• 4.4 本章小结
• 5 玻璃基板搬运机器人控制系统设计
• 5.1 玻璃基板搬运机器人控制系统总体设计
• 5.1.1 玻璃基板搬运机器人控制系统的设计要求
• 5.1.2 玻璃基板搬运机器人控制系统的确定
• 5.1.3 MPC02运动控制卡简介
• 5.2 玻璃基板搬运机器人伺服系统及其控制电路的设计
• 5.2.1 伺服电机的选型
• 5.2.2 伺服单元的选型
• 5.2.3 伺服系统控制模式的确定
• 5.2.4 伺服系统控制电路的设计
• 5.3 玻璃基板搬运机器人真空吸附系统及控制电路的设计
• 5.3.1 真空吸附系统的设计
• 5.3.2 真空吸附系统元件的选型
• 5.3.2 真空吸附系统控制电路的设计
• 5.4 传感器选型及其控制电路的设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 玻璃基板搬运机器人实物图
• 附录B 玻璃基板搬运机器人控制系统连线图
• 附录C 《一种玻璃基片传输机器人》专利受理书
• 附录D 《一种双臂玻璃基板搬运传输机器人》专利受理书
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢