三自由度機械手論文：太陽能硅片移送用三自由度機械手的研究【中文摘要】工業(yè)機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)對環(huán)境潔凈度要求極高,為了提高精度及效率,大量采用機器人來代替人工完成加工、搬運等工作。本課題以太陽能硅片移送用三自由度機械手為研究核心,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搬運的高精度機械手,該機械手定位精度高,控制簡單,可取代人工搬運方式,實現(xiàn)太陽能硅片生產(chǎn)的局部自動化。本文首先探討機械手的機械結(jié)構(gòu),分析了各種坐標(biāo)形式的機械手結(jié)構(gòu),最終選定了直角坐標(biāo)形式。機械手采用滾珠絲杠副實現(xiàn)三個方向的運動,并根據(jù)該機械手的性能要求及特點,確定開環(huán)控制方式,采用步進電動機作為機械手的驅(qū)動元件,PLC作為控制核心,由此確定了硅片移送機械手的整體結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)。針對硅片移送快速的性能要求,本文對機械手進行了時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃,使機械手完成搬運的時間最短。然后根據(jù)時間最優(yōu)軌跡路進行了插補運算,采用直線插補與圓弧插補兩種方法,并且根據(jù)步進電動機特點提出具體執(zhí)行方式。在太陽能硅片移送機械手軟件程序開發(fā)時,采用順序設(shè)計方法編寫梯形圖程序,并對PLC內(nèi)部存儲空間進行合理分配。最后完成了該機械手的組裝與調(diào)試,通過不同試驗驗證了機械手的性能。分析了重力作用下形變對于機械手誤差及定位精度的影響,采用脈沖補償法進行補償,補償后減少了機械手的誤差?！居⑽恼縄ndustrialrobotsaregraduallyreplacingthemanualtocompletesomecomplexwork，wafermanufacturingrequiresahighdegreeofenvironmentalcleanliness．Inordertoimproveaccuracyandefficiency，alargenumberofrobotsbeingusedtoreplacethemanualcompletionofprocessing，handlingandotherwork．Thispapertakesthesolarwafertransferrobotwiththreedegreesoffreedomastheresearchcore，developedaspecializedsolarwafersforhigh-precisionautomatichandlingrobotbasedonDescartesCartesiancoordinatesystem．Thismanipulatorhashighpositioningaccuracy，simplecontrol，andcanreplaceartificiallyhandlingmethodstorealizethelocalautomationproductionofsolarwafers．First，thispaperdiscussesthemechanicalstructureofthemanipulator，analyzesthestructureofthemanipulatorofcoordinates，andfinallyselectedtherectangularcoordinateform．Robotadoptsballscrew-toachievethemovementinthreedirections．Open-loopcontrolmodeisdeterminedaccordingtotheperformancerequirementsandfeaturesoftherobot．Adoptsteppermotorasamanipulatordrivecomponent，PLCascontrolcore，thendefinetheoverallstructureandcontrolsystemofthewafertransferrobot．Accordingtotheperformancerequirementsofwafertransferredfast，thispaperconductedatimeoptimalrobottrajectoryplanningtomakethemanipulatorhandlingcompleteintheshortesttime．Theninterpolationoperationisusedaccordingtotimeoptimaltrajectoryroad．Usingthestraight-lineinterpolationandcircularinterpolation，andproposetheconcreteimplementationaccordingtothecharacteristicsofsteppingmotor．Whendevelopingsolarwaferstomanipulatorsoftwareprogram，ladderispreparedbysequentialdesignprocedure，andreasonabledistributionofPLCinternalstoragespace．Finally，therobotcompletestheassemblyandcommissioning．Performanceoftherobotisverifiedthroughdifferenttests．Analyzedthegravitydeformationlocalizationaccuracyforerrorandtheinfluenceofpositioningaccuracy．Usingpulsecompensationtocompensatetoreduceerrorofthemanipulator．【關(guān)鍵詞】三自由度機械手步進電動機時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃插補脈沖補償【英文關(guān)鍵詞】ThreeDOFManipulatorStepperMotorTimeoptimaltrajectoryplanningPulseCompensation【目錄】太陽能硅片移送用三自由度機械手的研究

摘要

4-5

ABSTRACT

5

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機器人概述

9-12

1.3.1機器人的分類

9-10

1.3.2國外機器人發(fā)展?fàn)顩r

10-11

1.3.3我國機器人發(fā)展?fàn)顩r

11-12

1.4硅片傳輸機械手相關(guān)技術(shù)及發(fā)展?fàn)顩r

12-15

1.4.1硅片傳輸機械手的發(fā)展

12-15

1.4.2硅片傳輸機械手的發(fā)展趨勢

15

1.5機械手運動軌跡規(guī)劃概述

15-16

1.5.1機械手軌跡規(guī)劃方法概述

15-16

1.5.2機械手時間最優(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章機械手機電系統(tǒng)的設(shè)計

18-31

2.1引言

18

2.2三自由度機械手的機械系統(tǒng)設(shè)計

18-26

2.2.1機械手坐標(biāo)形式的分析

18-20

2.2.2機械手機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計

20-23

2.2.3結(jié)構(gòu)形變誤差的分析

23-26

2.3三自由度機械手的電氣系統(tǒng)設(shè)計

26-30

2.3.1負載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動慣量

26-27

2.3.2電氣系統(tǒng)執(zhí)行部件的選擇

27-28

2.3.3機械手驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計

28-30

2.4本章小結(jié)

30-31

第3章機械手運動軌跡規(guī)劃及插補算法

31-42

3.1引言

31

3.2機械手軌跡規(guī)劃

31-37

3.2.1軌跡規(guī)劃方法

31

3.2.2三自由度機械手時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃

31-37

3.3機械手運動軌跡插補

37-41

3.3.1直線和圓弧運動軌跡插補

38-40

3.3.2插補運動軌跡的執(zhí)行

40-41

3.4本章小結(jié)

41-42

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計及實驗

42-59

4.1引言

42

4.2順序程序設(shè)計

42-51

4.2.2控制系統(tǒng)流程圖

42-45

4.2.3PLC存儲空間分配

45

4.2.4插補流程

45-47

4.2.5系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計

47-51

4.3系統(tǒng)實驗

51-56

4.3.1電氣系統(tǒng)