SCARA機(jī)械手運(yùn)動(dòng)特性與控制策略研究.pdf

1、近年來，得益于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和各國(guó)政策的推動(dòng)，機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化解決方案中的使用量日益增長(zhǎng)。本文針對(duì)電子元器件插件作業(yè)自動(dòng)化，結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)一臺(tái)SCARA機(jī)械手，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的分析研究。
　　首先，本文根據(jù)電子元器件裝配的實(shí)際生產(chǎn)需要，確定機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，奠定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。通過對(duì)比相關(guān)器件性能優(yōu)劣，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況，選定交流伺服電機(jī)和諧波減速機(jī)應(yīng)用于機(jī)械手的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。在Solidworks輔助設(shè)計(jì)軟件中，完成

2、了各零件的具體設(shè)計(jì)和裝配。
　　其次，本文采用D-H法建立了機(jī)械手的坐標(biāo)系模型，根據(jù)機(jī)構(gòu)尺寸確定模型參數(shù)。以連桿在坐標(biāo)系中的描述和連桿間坐標(biāo)系變換理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，獲取機(jī)械手的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。運(yùn)用代數(shù)法對(duì)正運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行逆向求解，得到相應(yīng)關(guān)節(jié)變量的逆解表達(dá)式。運(yùn)用MATLAB和ADAMS進(jìn)行仿真，共同驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法的合理性和結(jié)果的正確性。
　　接著，本文對(duì)靜態(tài)條件下連桿的受力平衡關(guān)系進(jìn)行分析，得到機(jī)械手的靜力學(xué)

3、求解方程，在模擬受力條件下仿真關(guān)節(jié)受力。推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)過程中連桿的速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特征量表達(dá)式。用牛頓-歐拉公式計(jì)算運(yùn)動(dòng)過程中連桿的慣性力和力矩，建立新的受力平衡關(guān)系以求解動(dòng)力學(xué)方程。同樣，使用ADAMS和MATLAB仿真驗(yàn)證求解方法的合理性和結(jié)果的正確性。
　　然后，本文基于滑?？刂茖?duì)機(jī)械手前兩關(guān)節(jié)的軌跡跟蹤控制策略進(jìn)行研究。選取線性滑模面，設(shè)計(jì)了基于等效控制形式的控制器，通過比較不同參數(shù)條件下的誤差變化，確定了合理的滑模面參數(shù)，并

4、對(duì)該控制策略進(jìn)行仿真。以指數(shù)趨近律為對(duì)象，研究趨近律在控制策略中的應(yīng)用。對(duì)比在不同參數(shù)下的關(guān)節(jié)跟蹤誤差和s曲線，研究指數(shù)趨近律參數(shù)對(duì)控制效果的影響。在雙冪次趨近律基礎(chǔ)上，結(jié)合指數(shù)趨近律組成新的趨近律，設(shè)計(jì)了相應(yīng)控制器。通過仿真可直觀地看出新趨近律條件下誤差趨近于零的速度明顯加快，表明其控制效果得到改善。
　　最后，在仿真分析基礎(chǔ)上，課題組聯(lián)合電子科技大學(xué)東莞研究院對(duì)機(jī)械手樣機(jī)進(jìn)行開發(fā)，并配套開發(fā)控制單元。本文對(duì)所開發(fā)樣機(jī)的實(shí)體構(gòu)型