低成本专用取料机械手快速定位研究

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1、摘要摘要近年来，随着国民经济的发展，工业自动化需求越来越高。目前在各种不同的企业中，比如注塑行业、铸件行业等，经常有工件需要搬运。但是，目前绝大多数采用手工作业，引发了大量的工伤事故。机械手不仅可以提高产品质量和生产效率，降低劳动强度，而且可以避免人为操作引发事故等。实际的自动化生产线上使用的取料机械手更加强调运行速度、定位准确度和成本因素，这三者本身就是相互制约的。一般来说，速度太快则会导致精度过低，这样将无法保证产品的质量；如果速度太慢，则可以在一定程度上提高定位精度，但是却无法满足在实际生产中的效率。因

2、此，在这样的背景下现代的取料机械手需要更加重视成本问题。因此，如何在提高取料机械手运行速度以满足生产效率的前提下提高精度以满足产品质量要求是迫切需要解决的问题。本文通过大量的调研工作，根据工业实用化的具体要求，提出一种电气混合驱动的具有成本低廉、定位精度高的工业取料机械手，解决实用化过程中遇到的一些技术难题，具体工作如下：本文提出了一系列的解决办法来提高取料机械手的定位精度。首先建立气动伺服系统模型，针对气缸的特点建立气缸的数学模型，包括运动学方程、流量方程、能量方程。通过线性化得出气动伺服系统的传递函数和响

3、应函数，建立了气动伺服系统的PID控制模型。提出了针对步进电机的特点的步进电机升降速曲线，并给出了软硬件设计。通过对适用于不同环境的不同形状和结构的取料机械手总体机械结构和驱动方式研究，针对目前取料机械手成本高、运行速度慢、定位精度低等缺点，设计了成本低、运行速度快、定位精度相对较高、功能完善、电气混合驱动的高集成度的虚拟样机系统模型。最后完成了针对上述研究的实验，实验结果表明该取料机械手具有性价比高、定位精度好、使用灵活等优点，可以广泛应用于注塑行业、机械行业、电子行业、化工行业、食品和包装行业等各种行业。

4、关键词：工业取料机械手，数学建模，气动伺服系统，PID控制系统。AbstractInrecentyears，withthedevelopmentofnationaleconomy,thedemandforindustrialautomationisincreasing．Avarietyofenterprisesofinjectionmoldingindustryandcastingindustryoftenhaveworkpiecestobemoved．However，mostoftheworkaremanu

5、allyoperated，whichcausealargenumberofindustrialinjuries．ThemanipulatorcannotonlyimproveproductqualityandproductionefficiencybutalsoavoidaccidentScausedbymanualoperation．Themanipulatorinautomaticproductionlinemoreemphasizesthefactorsofspeed，accuracyandcost．B

6、utthesethreefactorsactuallyrestrictwitheachother．Ingeneral，ifthespeedofmanipulatoristoofast，itwillresultinlowaccuracyandcannotguaranteethequalityofproducts．While，ifthespeedistooslow,itCallimprovethepositioningaccuracytosomeextent，butitcannotmeettherequireme

7、ntoftheefficiency．Onthisbasis，moreattentionmustbepaidtooncost．Therefore，itbecomesallurgentproblemthathowtoimprovethemanipulator，Sspeedtomeetproductionefficiencyandincreaseaccuracytomeetthequalityrequirements．Inthispaper,accordingtotherequirementsofpractical

8、industry,wedevelopallelectrically-drivenmanipulatorwithlowercostandhigherpositioningaccuracy,whichwillsolvesometechnicalproblemsinpracticalapplication．Inthispaperwepresentaseriesofsolutionstoimprovethe