三自由度機(jī)械手論文：太陽(yáng)能硅片移送用三自由度機(jī)械手的研究

三自由度機(jī)械手論文：太陽(yáng)能硅片移送用三自由度機(jī)械手的研究【中文摘要】工業(yè)機(jī)器人正在逐步取代人工完成某些復(fù)雜工作,硅片制造業(yè)對(duì)環(huán)境潔凈度要求極高,為了提高精度及效率,大量采用機(jī)器人來(lái)代替人工完成加工、搬運(yùn)等工作。本課題以太陽(yáng)能硅片移送用三自由度機(jī)械手為研究核心,開(kāi)發(fā)出一種基于笛卡爾直角坐標(biāo)系的專(zhuān)門(mén)用于太陽(yáng)能硅片自動(dòng)搬運(yùn)的高精度機(jī)械手,該機(jī)械手定位精度高,控制簡(jiǎn)單,可取代人工搬運(yùn)方式,實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能硅片生產(chǎn)的局部自動(dòng)化。本文首先探討機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu),分析了各種坐標(biāo)形式的機(jī)械手結(jié)構(gòu),最終選定了直角坐標(biāo)形式。機(jī)械手采用滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),并根據(jù)該機(jī)械手的性能要求及特點(diǎn),確定開(kāi)環(huán)控制方式,采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)元件,PLC作為控制核心,由此確定了硅片移送機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)。針對(duì)硅片移送快速的性能要求,本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃,使機(jī)械手完成搬運(yùn)的時(shí)間最短。然后根據(jù)時(shí)間最優(yōu)軌跡路進(jìn)行了插補(bǔ)運(yùn)算,采用直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)兩種方法,并且根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)提出具體執(zhí)行方式。在太陽(yáng)能硅片移送機(jī)械手軟件程序開(kāi)發(fā)時(shí),采用順序設(shè)計(jì)方法編寫(xiě)梯形圖程序,并對(duì)PLC內(nèi)部存儲(chǔ)空間進(jìn)行合理分配。最后完成了該機(jī)械手的組裝與調(diào)試,通過(guò)不同試驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械手的性能。分析了重力作用下形變對(duì)于機(jī)械手誤差及定位精度的影響,采用脈沖補(bǔ)償法進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償后減少了機(jī)械手的誤差?！居⑽恼縄ndustrialrobotsaregraduallyreplacingthemanualtocompletesomecomplexwork，wafermanufacturingrequiresahighdegreeofenvironmentalcleanliness．Inordertoimproveaccuracyandefficiency，alargenumberofrobotsbeingusedtoreplacethemanualcompletionofprocessing，handlingandotherwork．Thispapertakesthesolarwafertransferrobotwiththreedegreesoffreedomastheresearchcore，developedaspecializedsolarwafersforhigh-precisionautomatichandlingrobotbasedonDescartesCartesiancoordinatesystem．Thismanipulatorhashighpositioningaccuracy，simplecontrol，andcanreplaceartificiallyhandlingmethodstorealizethelocalautomationproductionofsolarwafers．First，thispaperdiscussesthemechanicalstructureofthemanipulator，analyzesthestructureofthemanipulatorofcoordinates，andfinallyselectedtherectangularcoordinateform．Robotadoptsballscrew-toachievethemovementinthreedirections．Open-loopcontrolmodeisdeterminedaccordingtotheperformancerequirementsandfeaturesoftherobot．Adoptsteppermotorasamanipulatordrivecomponent，PLCascontrolcore，thendefinetheoverallstructureandcontrolsystemofthewafertransferrobot．Accordingtotheperformancerequirementsofwafertransferredfast，thispaperconductedatimeoptimalrobottrajectoryplanningtomakethemanipulatorhandlingcompleteintheshortesttime．Theninterpolationoperationisusedaccordingtotimeoptimaltrajectoryroad．Usingthestraight-lineinterpolationandcircularinterpolation，andproposetheconcreteimplementationaccordingtothecharacteristicsofsteppingmotor．Whendevelopingsolarwaferstomanipulatorsoftwareprogram，ladderispreparedbysequentialdesignprocedure，andreasonabledistributionofPLCinternalstoragespace．Finally，therobotcompletestheassemblyandcommissioning．Performanceoftherobotisverifiedthroughdifferenttests．Analyzedthegravitydeformationlocalizationaccuracyforerrorandtheinfluenceofpositioningaccuracy．Usingpulsecompensationtocompensatetoreduceerrorofthemanipulator．【關(guān)鍵詞】三自由度機(jī)械手步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃插補(bǔ)脈沖補(bǔ)償【英文關(guān)鍵詞】ThreeDOFManipulatorStepperMotorTimeoptimaltrajectoryplanningPulseCompensation【目錄】太陽(yáng)能硅片移送用三自由度機(jī)械手的研究

摘要

4-5

ABSTRACT

5

第1章緒論

8-18

1.1課題研究的背景

8-9

1.2課題的目的及意義

9

1.3機(jī)器人概述

9-12

1.3.1機(jī)器人的分類(lèi)

9-10

1.3.2國(guó)外機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r

10-11

1.3.3我國(guó)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r

11-12

1.4硅片傳輸機(jī)械手相關(guān)技術(shù)及發(fā)展?fàn)顩r

12-15

1.4.1硅片傳輸機(jī)械手的發(fā)展

12-15

1.4.2硅片傳輸機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)

15

1.5機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃概述

15-16

1.5.1機(jī)械手軌跡規(guī)劃方法概述

15-16

1.5.2機(jī)械手時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法

16

1.6本文的主要研究?jī)?nèi)容

16-18

第2章機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

18-31

2.1引言

18

2.2三自由度機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

18-26

2.2.1機(jī)械手坐標(biāo)形式的分析

18-20

2.2.2機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

20-23

2.2.3結(jié)構(gòu)形變誤差的分析

23-26

2.3三自由度機(jī)械手的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

26-30

2.3.1負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

26-27

2.3.2電氣系統(tǒng)執(zhí)行部件的選擇

27-28

2.3.3機(jī)械手驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

28-30

2.4本章小結(jié)

30-31

第3章機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及插補(bǔ)算法

31-42

3.1引言

31

3.2機(jī)械手軌跡規(guī)劃

31-37

3.2.1軌跡規(guī)劃方法

31

3.2.2三自由度機(jī)械手時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃

31-37

3.3機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)

37-41

3.3.1直線和圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)

38-40

3.3.2插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡的執(zhí)行

40-41

3.4本章小結(jié)

41-42

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)

42-59

4.1引言

42

4.2順序程序設(shè)計(jì)

42-51

4.2.2控制系統(tǒng)流程圖

42-45

4.2.3PLC存儲(chǔ)空間分配

45

4.2.4插補(bǔ)流程

45-47

4.2.5系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)

47-51

4.3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

51-56

4.3.1電氣系統(tǒng)