气动助力机械臂结构设计与控制系统研究

《气动助力机械臂结构设计与控制系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学硕士学位论文气动助力机械臂结构设计与控制系统研究ResearchonDesignandControlSystemofPneumaticManipulator一级学科：机械工程学科专业：机械工程作者姓名：李鹏帅指导教师：杨志永教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月中文摘要本文结合企业对助力机械臂市场的设备需求，围绕助力机械臂结构以及气动控制的若干关键技术，设计开发了SCARA型气动助力机械臂，并对其进行了有限元分析和控制系统仿真验证。本文研究工作和主要成果总结如下：首先，采用模块化的设计思想设计了SCARA型助力

2、机械臂的整体结构。机械臂包括立柱、大小臂、气缸、中间连接和吸盘手爪等主要组成部分，并分析了其运动空间。其次，在完成助力机械臂三维虚拟样机基础上，进行了机械臂关键零部件的有限元分析，消除应力集中的同时，也对危险截面进行结构优化，使得整个机械臂满足了安全要求。分析了机械臂的前六阶模态，避免在操作过程中出现共振现象。最后，搭建气动控制系统平台并进行AMESim仿真分析。通过先导调压阀和气控减压阀的组合调控气缸使气缸推力与重物达到平衡；建立气缸腔内气体动力学模型、气缸活塞负载模型和阀的压力流量模型；利用AMESim进行气动系统建

3、模，并进行仿真分析，验证控制模型设计的合理性。本文研究方法与成果对气动助力机械臂的开发与应用具有较高的借鉴意义，并对气动控制的仿真研究具有一定的指导意义。关键词：助力机械臂；结构设计；有限元分析；控制系统设计；AMESim仿真IAbstractAccordingtothedemandsofpneumaticmanipulatorequipments，cooperatingwiththeBridgestone，combiningthekeytechnologiesofpneumaticmanipulatorstructur

4、eandpneumaticcontrolsystem，aprototypeofpneumaticmanipulatorbasedonSCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm）hasbeendeveloped.ThispaperalsointroducesFiniteElementAnalysis（FEA）andthesimulationofpneumaticcontrolsystem.Theresearchcontentsandmaincontributionsaredescri

5、bedasfollows:Firstly，thegeneralmanipulatorstructuraldesignbasedonSCARAisperformedwithmodularidea.Themanipulatorcontainsuprightpillar，upperarmandforearm，cylinderinstallation，intermediatejunctionandchuck.Thispaperalsopresentsitsmotionspace.Secondly，onthebasisofthre

6、e-dimensionalmodel，intheconsiderationofmanipulatorpracticalapplicationandsafety，theFEAofkeycomponentsareconductedtoeliminatestressconcentrationandoptimizedangerouscross-section.ThefirstsixmodalanalysesofmanipulatorarecarriedouttoavoidresonanceFinally，apneumaticco

7、ntrolsystemisdesignedandthesimulationofthesystemisconductedinAMESim（AdvancedModelingEnvironmentforperformingSimulationofengineeringsystems）.Theoutputforceofcylinderisregulatedbythecombinationofreducingvalveandairpressurecontrolreleasevalvetobalancetheloadattached

8、totheendofpiston.Thegasdynamicsmodelincylinder，piston-loadmodelandpressure-flowofvalvemodelareestablished.ThesimulationofpneumaticcontrolsystemisconductedinAME