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基本信息

项目名称:
全回转高速并联抓放机械手创新设计
小类:
机械与控制
简介:
本次课题研究在原三平动Delta机器人两条RSS运动链主动臂在一个平面内并联的基础上,增加一条RSS支链以限制多余自由度,最终产生两平动且可实现整周回转的并联机器人新构型。采用“PC+NI运动控制卡”控制模式,基于LabVIEW编程平台开发出高效、稳定的控制系统虚拟仪器。本作品可以顺利完成高速、多工位抓放动作,实验测得的精度、工作范围、速度、负载能力等多项性能指标均达到国际先进水平。
详细介绍:
本次课题研究模拟了一个真实产品的开发模式,在原三平动Delta机器人两条RSS运动链主动臂在一个平面内并联的基础上,增加一条RSS支链以限制多余自由度,最终产生两平动且可实现整周回转的并联机器人新构型。在机械详细设计与制造的基础上,采用“PC+NI运动控制卡”控制模式,基于LabVIEW编程平台开发出高效、稳定的控制系统虚拟仪器。本作品可以顺利完成高速、多工位抓放动作,实验测得的精度、工作范围、速度、负载能力等多项性能指标均达到国际先进水平。

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

1.设计、发明目的 本次课题研究旨在开发一台新型三自由度全回转高速抓放并联机械手,实现高速、长距离(1200mm)、多工位抓放操作,进而提高国内高速抓放并联机器人产业化水平及国内并联机器人研发水平,突破国外知识产权限制。 2.创新点 (1)机构原理创新:运用螺旋理论与运动学、结构学、动力学一体化设计理论综合出六杆三自由度并联机构,可实现两平动、一转动。 (2)控制系统创新:采用“PC+运动控制卡”控制方式,设计出可以完成微动调整、单步运行、连续运行、连续单步运行、人机交互等功能的虚拟仪器控制系统。 3.主要技术指标 本次课题研究开发的高速并联机器人,经过实验测算,主要的技术性能达到或超过国外同类的抓取机器人的性能指标,主要如下: (1)点-点移动速度400mm/s,有效载荷3.0kg; (2)定位精度0.1mm,重复定位精度0.8mm; (3)工作范围 φ600×200mm。

科学性、先进性

(1)运用螺旋理论进行型综合,运用运动学、结构学、动力学一体化设计理论进行尺度综合,得到实现“两平一转”三自由度的并联机器人新构型; (2)采用软件技术构建出虚拟样机,并完成有限元法优化设计、运动学与动力学仿真工作; (3)设计出整定伺服电机PID参数的新方法; (4)开发出满足各种运动控制功能的控制系统虚拟仪器。 (5)实施了满足传动要求、布局巧妙以至于结构紧凑且能够在装配时进行精度调整的新型结构设计。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

实验阶段

技术转让方式

专利

作品可展示的形式

现场演示

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

本课题组开发的全回转机器人能够满足生产流水线对高速、长距离(1.2 m左右)、多工位抓放及大面积、洁净物体搬运的需求,进而可以在一定程度上推动高速抓放并联机械手产业化进程,提高生产物流线的高效性和高合格率,避免二次污染。因此,本作品具有很大的应用价值与广阔的市场前景,一旦本作品投入实际生产,将会产生巨大的经济效益。

同类课题研究水平概述

本次课题研究侧重于开发能够投入生产使用的新型并联机器人,因此,本部分描述国外同类课题研究水平时,仅考虑以投入实际应用的并联机器人。 国外,投入生产的并联抓放机器人有美国Adept Technology公司生产的Cobra系列2.0 SCARA机器人,ABB公司生产的IRB Flex Picker系列机器人及德国Bosch SIGPack Systems公司生产的X系列机器人。 国内,只有天津大学黄田教授带领的长江学者特聘教授研究基地,也就是本小组所在的研究所研发的Delta-S并联机器人(如图1)、Diamond系列混联机器人(如图2)已应用于工业生产。其他并联机器人,包括本研究基地正在开发的“三平一转”并联机械手C4,都尚处于实验阶段。 机构理论方面,目前国内外主要采用螺旋理论、李群李代数、枚举法进行机构综合,采用矢量链法、矩阵法、螺旋法等方法进行运动学分析,动力学分析的方法则更为广泛。本课题小组,采用螺旋理论进行型综合,采用运动学、结构学、动力学一体化设计理论进行尺度综合、动力学分析及机械详细设计,尤其是运动学、结构学、动力学一体化设计理论,前沿性与创新性较强。 控制方面,最具代表性的ABB公司采用的是IRC5控制器,并配备TrueMove™和QuickMove™功能,可以确保运行速度和路径精度均达到最佳,亦可实现机器人对快速传送带的高精度跟踪。IRC5控制器现有面板嵌入型供应,除显著节省空间以外,更为其集成到机械设备与生产线创造了便利条件。而本次课题研究,为了突破国外知识产权垄断,掌握具有自主开发能力的控制技术,尝试采用了“PC+NI运动控制卡”控制模式,通过构建控制系统虚拟仪器,同样研制出了高效、稳定的控制系统,各方面性能指标尤其是重复定位精度都达到了国际同领域的领先水平。
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