玻璃基板碼垛機械手位置的迭代學習跟蹤控制論文
碼垛機械手在玻璃基板生產過程中發揮着至關重要的作用。針對玻璃基板碼垛機械手碼垛過程具有較強重複性的特點,提出迭代學習的碼垛機械手位置跟蹤控制方法。考慮到運行過程中出現的非重複性干擾設計了魯棒迭代學習控制器。同時採用Lyapunov函數分析了碼垛機械手的收斂性。
1 Solidworks軟件簡介
SolidWorks是法國達索公司最先在Windows系統上開發的一款三維設計軟件。其CAD功用方面涵蓋了一切的設計類型,實體建模、曲面設計、二維工程圖、裝配、運動仿真、構造剖析等功用一應俱全。創新的自頂向下設計過程使得設計工作了如指掌,實時的更新功用使得工程師能夠隨時對產品特徵參數停止動態修正。除此之外,SolidWorks還爲不同的設計人羣提供不同的功用模塊,包括鈑金、管道佈線、電氣設計等,使得設計過程簡約而豐厚。
2 碼垛機器人的開展
國外,最早將工業機器人技術用於物體的碼放和搬運是日本和瑞典。1968年,日本第一次將機器人技術用於碼垛作業。1974年,瑞典ABB公司研發了全球第一臺全電控式工業機器人IRB6,主要應用於物品的.取放和物料的搬運。隨着計算機技術、工業機器人技術以及人工智能控制等技術的開展和日趨成熟,日本、意大利、德國、美國、瑞典、韓國等國度在碼垛機器人的研討上做了大量工作,相應推出了本人的碼垛機器人,如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列,德國的KUKA系列,瑞典的ABB系列等。工業機器人技術的飛速開展,使得碼垛機器人在各個行業都得到了普遍的應用。
3 碼垛機器人的工作對象
本文設計的碼垛機器人的工作對象及其參數如下:
(1)碼垛物品:箱類物品(如一箱紙巾)和袋類物品(如一袋洗衣粉)等。
(2)物品尺寸:長爲200至500mm,寬爲200至400mm,高爲100至300mm。
(3)物質量量:每件物品爲5至15kg。
(4)物品運動範圍:以機器人爲中心的,半徑爲3m,角度爲90至180度。
4 碼垛機器人構造設計
本文設計的碼垛機器人爲關節型機器人,這類機器人佔空中積小、機構緊湊,工作空間大,還能穿過障礙物停止抓取,是機器人中運用最多的一種構造型式。碼垛機器人的本體(即機械手)包括基座、腰部、大臂、小臂、末端執行器(俗稱爪子),它的運動主要由碼垛機械手手臂的俯仰運動和腰部的旋轉運動組成。
4.1 手爪的構造設計
機械手臂末端抓取器大致可分爲:夾鉗式、專用操作式、吸附式、仿生多指式四類。由於工作對象爲箱式或袋式物品,只需求設計能從不同角度抓取物品的夾鉗式即可。其構造如圖1所示,能夠抓取不同大小多個品種的箱式或袋式貨物。
4.2 臂部的構造設計
手臂部件(簡稱臂部)是機器人的重要執行部件,它的作用是支承腕部(關節)和手部(包括工件和工具),並帶動它們在空間運動,臂部還裝置一些傳動驅動機構,從臂部的受力狀況來看,它在工作中直接接受腕,手和工件的靜動載荷,本身運動 又較多,所以受力狀況複雜。
臂部主要是停止俯仰運動,這裏採用鉸接活塞缸完成臂部的俯仰運動。該機構的特性是,工作範圍大、靈敏性好。
4.2.1 大臂的構造設計
大臂是臂部的組成局部,它兩端分別與小臂和立柱相連,它都是經過鉸鏈銜接。大臂的運動是經過與立柱相連的鉸鏈活塞缸來停止運動傳送的,它的運動軌跡就是一個圓弧形,經過活塞缸來停止俯仰運動,運動單一,構造簡單。它較之小臂粗大,由於它是碼垛機器人主要的受力局部之一。其三維構造如圖2所示。
4.2.2 小臂的構造設計
小臂兩端是與大臂和末端執行器銜接,這裏採用鉸鏈銜接,大臂與小臂之間的運動傳送,採用鉸接活塞缸來完成,其構造簡單,運動性能好。小臂比之大臂在設計時資料耗費要比大臂少,體積也小,重量輕。其三維構造如圖3.5所示。
4.3 立柱(腰部)的構造設計
立柱主要是支撐大臂小臂的重量,銜接大臂和底座,並且固定了活塞缸的運動範圍。分離請求與設計過程,腰部的構造資料爲合金構造鋼,無經淬火與回火處置。其三維構造如圖4所示。
4.4 活塞缸的設計
本次設計,我採用最多的動力傳動方式就是活塞缸,由於它工作方式單一,只能停止伸縮運動,且構造簡單,由缸體和活塞缸組成,並且它在機器人的設計中運用很普遍。其三維構造如圖5所示。
4.5 底座的構造設計
底座是接受碼垛機器人整體重量的主要部件,且由於碼垛機器人的手臂長,招致機器人整體重心並不在底座中線上,所以底座較爲寬大。其三維構造如圖6所示。基於底座在本次設計中的作用,選取底座的資料爲鑄鐵,且設計底座尺寸爲:長×寬×高= 280 mm×120 mm× 20 mm。
5 結論
碼垛機械手的總體構造如圖7所示,其運動是由腰部的旋轉、手臂的俯仰、末端執行器的夾緊和放鬆組成。碼垛機器人工作的全部流程:第一步,大臂處的活塞桿運動,帶動小臂停止下伏運動,從而末端執行器接近物品,並經過夾緊缸將物品抓取;第二步,大臂停止上仰運動,帶動物品上升;第三步,腰部迴轉缸停止迴轉運動,將物品移到堆放指定區域上空;第四步,大臂又下伏,將物品放在堆放臺上,並且夾緊缸放鬆物品,最後大臂上仰,腰部旋轉回到原位。
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