1、1 / 5三自由度機(jī)械手論文：太陽能硅片移送用三自由度機(jī)械手 的研究【中文摘要】工業(yè)機(jī)器人正在逐步取代人工完成某些復(fù)雜工作 , 硅片制造業(yè)對(duì)環(huán)境潔凈度要求極高 ,為了提高精度及效率 , 大量采用 機(jī)器人來代替人工完成加工、搬運(yùn)等工作。本課題以太陽能硅片移 送用三自由度機(jī)械手為研究核心 , 開發(fā)出一種基于笛卡爾直角坐標(biāo)系 的專門用于太陽能硅片自動(dòng)搬運(yùn)的高精度機(jī)械手 , 該機(jī)械手定位精度 高,控制簡單, 可取代人工搬運(yùn)方式 ,實(shí)現(xiàn)太陽能硅片生產(chǎn)的局部自動(dòng) 化。本文首先探討機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu) , 分析了各種坐標(biāo)形式的機(jī)械手 結(jié)構(gòu), 最終選定了直角坐標(biāo)形式。機(jī)械手采用滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)三個(gè)方 向的運(yùn)動(dòng),并根

2、據(jù)該機(jī)械手的性能要求及特點(diǎn) , 確定開環(huán)控制方式 ,采 用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)元件，PLC 作為控制核心，由此確定 了硅片移送機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)。針對(duì)硅片移送快速的性 能要求 , 本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃 ,使機(jī)械手完成搬運(yùn) 的時(shí)間最短。然后根據(jù)時(shí)間最優(yōu)軌跡路進(jìn)行了插補(bǔ)運(yùn)算 , 采用直線插 補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)兩種方法 , 并且根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)提出具體執(zhí)行方 式。在太陽能硅片移送機(jī)械手軟件程序開發(fā)時(shí) , 采用順序設(shè)計(jì)方法編 寫梯形圖程序，并對(duì) PLC 內(nèi)部存儲(chǔ)空間進(jìn)行合理分配。最后完成了該 機(jī)械手的組裝與調(diào)試 , 通過不同實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械手的性能。分析了重 力作用下形變對(duì)于機(jī)械

3、手誤差及定位精度的影響 , 采用脈沖補(bǔ)償法進(jìn) 行補(bǔ)償 , 補(bǔ)償后減少了機(jī)械手的誤差?！居⑽恼?Industrial robots are gradually replacing the manual to2 / 5complete somecomplex work ， wafer manufacturing requires a highdegree of environmentalcleanliness In order to improve accuracy andefficiency ， a large number of robotsbeing used to replace th

4、e manualcompletion of processing， handling andotherwork This paper takes the solar wafer transfer robot with threedegrees of freedomas the research core，developed a specialized solar wafers for high-precision automatichandling robot based on Descartes Cartesian coordinatesystem Thismanipulator has h

5、igh positioning accuracy ， simplecontrol ，and can replaceartificially handling methods to realize the localautomation production of solarwafers First ， this paper discusses themechanical structure of the manipulator，analyzes the structure of themanipulator of coordinates， and finally selectedtherect

6、angular coordinate form Robot adopts ball screw-toachieve the movement inthree directions Open-loop controlmode is determined according to theperformance requirements andfeatures of the robot Adopt stepper motor asamanipulator drive component ，PLC as control core ，then define theoverall structureand

7、 control system ofthe wafertransfer robot According to the performance requirements of wafer3 / 5transferred fast， this paperconducted a timeoptimal robot trajectory planning to make the manipulatorhandlingcomplete in the shortest timeTheninterpolation operation is usedaccording to time optimal traj

8、ectory road Using the straight-line interpolation andcircular interpolation， andpropose the concreteimplementation according to thecharacteristics of stepping motor Whendeveloping solar wafers to manipulator software program，ladderisprepared by sequential design procedure，and reasonable distribution

9、 of PLCinternal storage space Finally ， therobot completes the assembly and commissioning Performanceof therobot is verified through different tests Analyzed the gravitydeformationlocalization accuracy for error and the influence of positioningaccuracyUsing pulse compensationto compensate to reduce

10、error of the manipulator【關(guān)鍵詞】三自由度機(jī)械手 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃 插 補(bǔ) 脈沖補(bǔ)償【英文關(guān)鍵詞】Three DOF Manipulator Stepper Motor Time optimaltrajectory planningPulse Compensation【目錄】太陽能硅片移送用三自由度機(jī)械手的研究 摘要 4-4 / 55 ABSTRACT5 第 1 章 緒論 8-18 1.1 課題研究的背景 8- 9 1.2 課題的目的及意義 9 1.3 機(jī)器人概述 9-12 1.3.1 機(jī) 器人的分類 9-10 1.3.2 國外機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 10-11 1

11、.3.3 我 國機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 11-12 1.4 硅片傳輸機(jī)械手相關(guān)技術(shù)及發(fā)展?fàn)?況 12-15 1.4.1 硅片傳輸機(jī)械手的發(fā)展 12-15 1.4.2硅片傳輸 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 15 1.5 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃概述 1516 1.5.1 機(jī)械手軌跡規(guī)劃方法概述 15-16 1.5.2 機(jī)械手時(shí)間最 優(yōu)軌跡規(guī)劃方法 16 1.6 本文的主要研究內(nèi)容 16-18 第 2 章 機(jī) 械手機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18-31 2.1 引言 18 2.2 三自由度機(jī)械手 的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18-26 2.2.1 機(jī)械手坐標(biāo)形式的分析 1820 2.2.2 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20-23 2.2.3 結(jié)構(gòu)形變誤差

12、的 分析 23-262.3 三自由度機(jī)械手的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26-30 2.3.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量26-27 2.3.2 電氣系統(tǒng)執(zhí)行部件的選擇 2728 2.3.3 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28-30 2.4 本章小結(jié) 3031 第 3 章 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及插補(bǔ)算法 31-42 3.1 引言31 3.2 機(jī)械手軌跡規(guī)劃 31-37 3.2.1 軌跡規(guī)劃方法31 3.2.2 三自由度機(jī)械手時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃 31-37 3.3 機(jī)械 手運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ) 37-41 3.3.1 直線和圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ) 3840 3.3.2 插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡的執(zhí)行 40-41 3.4 本章小結(jié) 41-42 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) 42-59 4.1 引言 42 4.2 順序程 序設(shè)計(jì) 42-51 4.2.2 控制系統(tǒng)流程圖 42-45 4.2.3 PLC 存儲(chǔ)空 間分配 45 4.2.4 插補(bǔ)流程 45-474.2.5 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)47-514.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 51-56431 電氣系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn) 51-53 4.3.2 單軸實(shí)驗(yàn) 53 4.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn) 53 4.3.4 定位實(shí)驗(yàn) 53-554.3.5 抓取實(shí)驗(yàn) 55-564.4 系統(tǒng)的誤差分析及脈沖補(bǔ)償