【摘要】：行星齒輪減速器憑借其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。左支承座作為減速器外殼的一部分,需要經(jīng)歷多道工序加工。由于工件尺寸大、加工時(shí)間長(zhǎng),工件上下料需要占用天車,加工過程中需要工人長(zhǎng)時(shí)間駐守。為了降低生產(chǎn)成本,提高勞動(dòng)效率,制造廠家對(duì)應(yīng)用專用運(yùn)料機(jī)械臂具有迫切需求。首先,為了提高運(yùn)料機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)性能,對(duì)其原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用拉格朗日方程建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)微分方程,明確了影響固有頻率的主要因素。以機(jī)械臂伸縮臂的尺寸作為優(yōu)化變量,在ANSYS Workbench中完成了尺寸優(yōu)化計(jì)算。并用ANSYS軟件對(duì)優(yōu)化后的運(yùn)料機(jī)械臂進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效性。然后,設(shè)計(jì)了基于PLC的運(yùn)料機(jī)械臂控制系統(tǒng)和基于Kingview的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。通過對(duì)控制系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析,搭建了控制系統(tǒng)硬件部分。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)供電電路、PLC接線電路和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線電路。分析了機(jī)械臂的工作流程,制作了程序框圖,并編寫了PLC控制程序,對(duì)關(guān)鍵程序的原理進(jìn)行了闡述。另外,利用Kingview設(shè)計(jì)了運(yùn)料機(jī)械臂的監(jiān)控系統(tǒng),包含信息記錄、監(jiān)控面板和動(dòng)態(tài)監(jiān)控三大功能,可以實(shí)現(xiàn)信息的錄入查詢、機(jī)械臂及其關(guān)聯(lián)設(shè)備的操作和狀態(tài)監(jiān)視以及整個(gè)運(yùn)料系統(tǒng)的圖形監(jiān)控。最后,研制了運(yùn)料機(jī)械臂的小型樣機(jī),模擬機(jī)械臂的實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行布置,并利用樣機(jī)完成了運(yùn)料實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的可行性和可靠性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH132.46
【圖文】：

一體化集成控制技術(shù)、理論之間的相互綜合[2]。近年來國(guó)家經(jīng)動(dòng)化進(jìn)程的推進(jìn)，中央政府相繼出臺(tái)的“十二五”發(fā)展規(guī)劃、顯示了對(duì)機(jī)械臂技術(shù)的重視，國(guó)外機(jī)械臂企業(yè)也很看好中國(guó)投資近 100 億日元在江蘇蘇州建廠[3]，德國(guó) KUKA 公司接受了將積極拓展中國(guó)市場(chǎng)，再加上我國(guó)在 2016 年每萬名工人擁有的，低于全球水平的 74 臺(tái)，更遠(yuǎn)低于歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的巨大，可以預(yù)見國(guó)內(nèi)的機(jī)械臂技術(shù)將會(huì)迎來一波發(fā)展高潮。因運(yùn)料機(jī)械臂技術(shù)的研究，正是迎合時(shí)代背景具有實(shí)際意義的課齒輪減速器被廣泛用于各種工業(yè)運(yùn)輸領(lǐng)域，它的最大特點(diǎn)是可的條件下實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)[5]。行星齒輪減速器的制造精度要求為減速器外殼的一部分，所有表面都要求進(jìn)行車削加工，工序工時(shí)間長(zhǎng)，而且工件的尺寸、質(zhì)量大，導(dǎo)致上下料需要占用天在工廠的數(shù)控部人員緊張，而采用立式車床加工大端面時(shí)又需致工人無法離開，可以說目前的生產(chǎn)方式大大的拖慢了車間的支承座的實(shí)物如圖 1-1 所示。

方向直線運(yùn)動(dòng)，具有工作節(jié)拍短、定位精度高且定位控制容易的優(yōu)點(diǎn)，不過空間利用率低，靈活性差。圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的構(gòu)型如圖 1-2 b）所示，這種機(jī)器人擁有能夠旋轉(zhuǎn)的基座，手臂部分則能夠完成升降和伸縮的動(dòng)作，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間利用率高，不過定位精度隨工作空間擴(kuò)大而降低的缺點(diǎn)限制了它的使用場(chǎng)合。SCARA 型機(jī)器人的構(gòu)型如圖 1-2 c）所示，這種機(jī)械臂在 x、y方向具備順應(yīng)性，在 z方向具備剛性，避障能力略差不過適合用來完成裝配工作。球坐標(biāo)型機(jī)器人的構(gòu)型如圖 1-2 d）所示，這種機(jī)器人能在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直面內(nèi)擺動(dòng)，并且手臂能進(jìn)行伸縮。關(guān)節(jié)型機(jī)器人的構(gòu)型如圖 1-2 e）所示，這種機(jī)器人空間利用率高，動(dòng)作靈活，不過控制方式較復(fù)雜。a）直角坐標(biāo)型機(jī)器人 b）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人

名稱 特點(diǎn)寸優(yōu)化 對(duì)機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行優(yōu)化，不改變結(jié)構(gòu)形狀狀優(yōu)化 對(duì)機(jī)構(gòu)中的幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化撲優(yōu)化 對(duì)機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者部件材料進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算時(shí)，最常用的算法是啟發(fā)式算法，包括粒子群算經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。其中遺傳算法是基于自然選擇和遺傳進(jìn)化思想的自法[20]，用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)還存在許多改進(jìn)版本，如非支配精英排-II)、多目標(biāo)遺傳算法(MOGA)等。趙欣翔[21]在考慮關(guān)節(jié)柔性的由度澆注機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，將振動(dòng)性能、靜剛度性能和速標(biāo)函數(shù)用 NSGA-II 完成了優(yōu)化模型求解。Ghiorghe[22]以輕量據(jù)為設(shè)計(jì)變量，用遞歸有限元分析確定了 3R 機(jī)器人的最優(yōu)設(shè)用遺傳算法對(duì)三軸機(jī)器人的腕關(guān)節(jié)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足許輕了腕關(guān)節(jié)的重量。ANSYS Workbench 具備相當(dāng)成熟的結(jié)構(gòu)SYS Workbench 進(jìn)行尺寸優(yōu)化的流程如圖 1-3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2805059