制造业是国民经济主体,是立国之器、强国之基。制造业产业结构正在发生转变,工业机器人在搬运、喷涂、焊接、包装自动化生产线业已应用广泛。在搬运机器人领域,特别是重载应用领域,由于控制策略和机械结构设计缺陷,往往精度不高。为了丰富搬运机器人研究,提高搬运安装精度,考虑到气动系统具有出力大、气源洁净易获取、防燃防爆的优点,在主要承载关节添加气动助力平衡负载,同时用交流伺服电机保持较高位置控制精度,并安装视觉、激光测距传感器辅助搬运进一步提高安装精度和作业自动化水平。

从气动助力实验系统的结构设计开始研究工作,结合项目设计指标要求,完成实验系统6个基本自由度加3个微调自由度的机构设计与校核,并完成电控系统的选型工作。同时建立实验系统连杆坐标系并以此为基础进行运动学、动力学仿真,验证前期设计合理性,完成硬件层面的设计工作并为后续仿真与实验研究做基础铺垫工作。

针对视觉传感器和激光测距传感器的加入设计安装工序,保证末端执行器对于工件位姿的控制能够对两种传感器获取的信息高效合理利用;研究激光测距传感器定位配置方法并着重对机器视觉领域相关理论进行研究,确定传感器型号与配置方式,简化CCD图像传感器成像模型以对其进行视觉系统标定,把利用机器视觉传感器和激光测距传感器获取的测量信息进行末端参考点定位归结到运动学层面进行理论推导得到相应的用于实际控制的位姿变换矩阵,赋予助力设备初步获得感知外界环境的能力。

述轨迹规划结果为参照对变压力重力补偿控制器和交流伺服电机定位控制策略的实用性能进行虚拟样机联合仿真验证。*后搭建气动助力实验台进行调试,对前面的理论研究工作做实践。介绍了实验台工作原理,并针对末端轨迹跟踪效果和微调进给性能进行实验验证。

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