面向注塑機(jī)械的四自由度機(jī)械臂研制.pdf

1、隨著我國(guó)注塑機(jī)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)注塑機(jī)的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，現(xiàn)代化的注塑機(jī)都開(kāi)始配備機(jī)械手。目前，注塑機(jī)械手都是針對(duì)臥式注塑機(jī)開(kāi)發(fā)的，很難被用于立式注塑機(jī)；此外，注塑機(jī)開(kāi)模周期變短對(duì)注塑機(jī)機(jī)械手的響應(yīng)速度和定位精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)注塑機(jī)械手多采用氣壓或直流伺服驅(qū)動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)速度快，但運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，定位精度低；直流伺服調(diào)速性能好且定位精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。交流伺服作為一種日漸成熟的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其最突出特點(diǎn)就是快速響應(yīng)和精確定位，且體

2、積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被廣泛用于機(jī)器人及醫(yī)療器械等需要快速精確定位的場(chǎng)合。
　　考慮到上述現(xiàn)狀，本課題定位于為立式注塑機(jī)研制一款采用交流伺服驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)機(jī)械臂，使其能夠快速精確定位，滿足立式注塑機(jī)的工作需求。課題中，注塑機(jī)械臂系統(tǒng)主要包括機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分。
　　在機(jī)械系統(tǒng)方面，本文首先對(duì)機(jī)械臂的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)及關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析后試制了物理樣機(jī)。其次，利用MATLAB對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，建

3、立機(jī)械臂關(guān)節(jié)變量（位置及速度）與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)變量（位置及速度）之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上確定出機(jī)械臂的工作空間。
　　在控制系統(tǒng)方面，課題采用永磁同步電機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)關(guān)節(jié)交流伺服系統(tǒng)的硬件控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，以PID控制策略和磁場(chǎng)定向空間矢量控制策略為基礎(chǔ)，對(duì)關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)中機(jī)械環(huán)和電流環(huán)的同周期控制，提高關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和定位精度。
　　最后，對(duì)整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行了組裝和調(diào)