三自由度机械手论文：太阳能硅片移送用三自由度机械手的研究.doc

三自由度机械手论文：太阳能硅片移送用三自由度机械手的研究

【中文摘要】工业机器人正在逐步取代人工完成某些复杂工作,硅片制造业对环境洁净度要求极高,为了提高精度及效率,大量采用机器人来代替人工完成加工、搬运等工作。本课题以太阳能硅片移送用三自由度机械手为研究核心,开发出一种基于笛卡尔直角坐标系的专门用于太阳能硅片自动搬运的高精度机械手,该机械手定位精度高,控制简单,可取代人工搬运方式,实现太阳能硅片生产的局部自动化。本文首先探讨机械手的机械结构,分析了各种坐标形式的机械手结构,最终选定了直角坐标形式。机械手采用滚珠丝杠副实现三个方向的运动,并根据该机械手的性能要求及特点,确定开环控制方式,采用步进电动机作为机械手的驱动元件,PLC作为控制核心,由此确定了硅片移送机械手的整体结构与控制系统。针对硅片移送快速的性能要求,本文对机械手进行了时间最优轨迹规划,使机械手完成搬运的时间最短。然后根据时间最优轨迹路进行了插补运算,采用直线插补与圆弧插补两种方法,并且根据步进电动机特点提出具体执行方式。在太阳能硅片移送机械手软件程序开发时,采用顺序设计方法编写梯形图程序,并对PLC内部存储空间进行合理分配。最后完成了该机械手的组装与调试,通过不同试验验证了机械手的性能。分析了重力作用下形变对于机械手误差及定位精度的影响,采用脉冲补偿法进行补偿,补偿后减少了机械手的误差。
【英文摘要】Industrial robots are gradually replacing the manual to complete somecomplex work，wafer manufacturing requires a high degree of environmentalcleanliness．In order to improve accuracy and efficiency，a large number of robotsbeing used to replace the manual completion of processing，handling and otherwork．This paper takes the solar wafer transfer robot with three degrees of freedomas the research core，developed a specialized solar wafers for high-precision automatic handling robot based on Descartes Cartesian coordinate system．Thismanipulator has high positioning accuracy，simple control，and can replaceartificially handling methods to realize the local automation production of solarwafers．First，this paper discusses the mechanical structure of the manipulator，analyzes the structure of the manipulator of coordinates，and finally selected therectangular coordinate form．Robot adopts ball screw-to achieve the movement inthree directions．Open-loop control mode is determined according to theperformance requirements and features of the robot．Adopt stepper motor as amanipulator drive component，PLC as control core，then define the overall structureand control system ofthe wafer transfer robot．According to the performance requirements of wafer transferred fast，this paperconducted a time optimal robot trajectory planning to make the manipulatorhandling complete in the shortest time．Then interpolation operation is usedaccording to time optimal trajectory road．Using the straight-line interpolation andcircular interpolation，and propose the concrete implementation according to thecharacteristics of stepping motor．When developing solar wafers to manipulator software program，ladder isprepared by sequential design procedure，and reasonable distribution of PLCinternal storage space．Finally，the robot completes the assembly and commissioning．Performanceof the robot is verified through different tests．Analyzed the gravity deformationlocalization accuracy for error and the influence of positioning accuracy．Using pulse compensation to compensate to reduce error of the manipulator．
【关键词】三自由度机械手 步进电动机 时间最优轨迹规划 插补 脉冲补偿
【英文关键词】Three DOF Manipulator Stepper Motor Time optimal trajectory planning Pulse Compensation
【目录】太阳能硅片移送用三自由度机械手的研究

摘要

4-5

ABSTRACT

5

第1章 绪论

8-18

1.1 课题研究的背景

8-9

1.2 课题的目的及意义

9

1.3 机器人概述

9-12

1.3.1 机器人的分类

9-10

1.3.2 国外机器人发展状况

10-11

1.3.3 我国机器人发展状况

11-12

1.4 硅片传输机械手相关技术及发展状况

12-15

1.4.1 硅片传输机械手的发展

12-15

1.4.2 硅片传输机械手的发展趋势

15

1.5 机械手运动轨迹规划概述

15-16

1.5.1 机械手轨迹规划方法概述

15-16

1.5.2 机械手时间最优轨迹规划方法

16

1.6 本文的主要研究内容

16-18

第2章 机械手机电系统的设计

18-31

2.1 引言

18

2.2 三自由度机械手的机械系统设计

18-26

2.2.1 机械手坐标形式的分析

18-20

2.2.2 机械手机械结构的设计

20-23

2.2.3 结构形变误差的分析

23-26

2.3 三自由度机械手的电气系统设计

26-30

2.3.1 负载转矩及转动惯量

26-27

2.3.2 电气系统执行部件的选择

27-28

2.3.3 机械手驱动控制系统的设计

28-30

2.4 本章小结

30-31

第3章 机械手运动轨迹规划及插补算法

31-42

3.1 引言

31

3.2 机械手轨迹规划

31-37

3.2.1 轨迹规划方法

31

3.2.2 三自由度机械手时间最优轨迹规划

31-37

3.3 机械手运动轨迹插补

37-41

3.3.1 直线和圆弧运动轨迹插补

38-40

3.3.2 插补运动轨迹的执行

40-41

3.4 本章小结

41-42

第4章 系统的软件设计及实验

42-59

4.1 引言

42

4.2 顺序程序设计

42-51

4.2.2 控制系统流程图

42-45

4.2.3 PLC存储空间分配

45

4.2.4 插补流程

45-47

4.2.5 系统的软件程序设计

47-51

4.3 系统实验

51-56

4.3.1 电气系统测试实验

51-53

4.3.2 单轴实验

53

4.3.3 步进电动机联动实验

53

4.3.4 定位实验

53-55

4.3.5 抓取实验

55-56

4.4 系统的误差分析及脉冲补偿法

56-57

4.4.1 误差分析

56-57

4.4.2 脉冲补偿法

57

4.5 本章小结

57-59

结论

59-60

参考文献

60-64

攻读硕士学位期间发表的论文

64-66

致谢

66