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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 全回轉(zhuǎn)高速并聯(lián)抓放機(jī)械手創(chuàng)新設(shè)計(jì)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本次課題研究在原三平動(dòng)Delta機(jī)器人兩條RSS運(yùn)動(dòng)鏈主動(dòng)臂在一個(gè)平面內(nèi)并聯(lián)的基礎(chǔ)上，增加一條RSS支鏈以限制多余自由度，最終產(chǎn)生兩平動(dòng)且可實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的并聯(lián)機(jī)器人新構(gòu)型。采用“PC+NI運(yùn)動(dòng)控制卡”控制模式，基于LabVIEW編程平臺(tái)開發(fā)出高效、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)虛擬儀器。本作品可以順利完成高速、多工位抓放動(dòng)作，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的精度、工作范圍、速度、負(fù)載能力等多項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
- 詳細(xì)介紹：
- 本次課題研究模擬了一個(gè)真實(shí)產(chǎn)品的開發(fā)模式，在原三平動(dòng)Delta機(jī)器人兩條RSS運(yùn)動(dòng)鏈主動(dòng)臂在一個(gè)平面內(nèi)并聯(lián)的基礎(chǔ)上，增加一條RSS支鏈以限制多余自由度，最終產(chǎn)生兩平動(dòng)且可實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的并聯(lián)機(jī)器人新構(gòu)型。在機(jī)械詳細(xì)設(shè)計(jì)與制造的基礎(chǔ)上，采用“PC+NI運(yùn)動(dòng)控制卡”控制模式，基于LabVIEW編程平臺(tái)開發(fā)出高效、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)虛擬儀器。本作品可以順利完成高速、多工位抓放動(dòng)作，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的精度、工作范圍、速度、負(fù)載能力等多項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計(jì)、發(fā)明目的 本次課題研究旨在開發(fā)一臺(tái)新型三自由度全回轉(zhuǎn)高速抓放并聯(lián)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)高速、長(zhǎng)距離（1200mm）、多工位抓放操作，進(jìn)而提高國(guó)內(nèi)高速抓放并聯(lián)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化水平及國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人研發(fā)水平，突破國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)限制。 2.創(chuàng)新點(diǎn) （1）機(jī)構(gòu)原理創(chuàng)新：運(yùn)用螺旋理論與運(yùn)動(dòng)學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)一體化設(shè)計(jì)理論綜合出六桿三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)兩平動(dòng)、一轉(zhuǎn)動(dòng)。 （2）控制系統(tǒng)創(chuàng)新：采用“PC+運(yùn)動(dòng)控制卡”控制方式，設(shè)計(jì)出可以完成微動(dòng)調(diào)整、單步運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、連續(xù)單步運(yùn)行、人機(jī)交互等功能的虛擬儀器控制系統(tǒng)。 3.主要技術(shù)指標(biāo) 本次課題研究開發(fā)的高速并聯(lián)機(jī)器人，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)算，主要的技術(shù)性能達(dá)到或超過國(guó)外同類的抓取機(jī)器人的性能指標(biāo)，主要如下： （1）點(diǎn)-點(diǎn)移動(dòng)速度400mm/s，有效載荷3.0kg； （2）定位精度0.1mm，重復(fù)定位精度0.8mm； （3）工作范圍 φ600×200mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）運(yùn)用螺旋理論進(jìn)行型綜合，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)一體化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行尺度綜合，得到實(shí)現(xiàn)“兩平一轉(zhuǎn)”三自由度的并聯(lián)機(jī)器人新構(gòu)型； （2）采用軟件技術(shù)構(gòu)建出虛擬樣機(jī)，并完成有限元法優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真工作； （3）設(shè)計(jì)出整定伺服電機(jī)PID參數(shù)的新方法； （4）開發(fā)出滿足各種運(yùn)動(dòng)控制功能的控制系統(tǒng)虛擬儀器。 （5）實(shí)施了滿足傳動(dòng)要求、布局巧妙以至于結(jié)構(gòu)緊湊且能夠在裝配時(shí)進(jìn)行精度調(diào)整的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本課題組開發(fā)的全回轉(zhuǎn)機(jī)器人能夠滿足生產(chǎn)流水線對(duì)高速、長(zhǎng)距離（1.2 m左右）、多工位抓放及大面積、潔凈物體搬運(yùn)的需求，進(jìn)而可以在一定程度上推動(dòng)高速抓放并聯(lián)機(jī)械手產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提高生產(chǎn)物流線的高效性和高合格率，避免二次污染。因此，本作品具有很大的應(yīng)用價(jià)值與廣闊的市場(chǎng)前景,一旦本作品投入實(shí)際生產(chǎn)，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 本次課題研究側(cè)重于開發(fā)能夠投入生產(chǎn)使用的新型并聯(lián)機(jī)器人，因此，本部分描述國(guó)外同類課題研究水平時(shí)，僅考慮以投入實(shí)際應(yīng)用的并聯(lián)機(jī)器人。 國(guó)外，投入生產(chǎn)的并聯(lián)抓放機(jī)器人有美國(guó)Adept Technology公司生產(chǎn)的Cobra系列2.0 SCARA機(jī)器人，ABB公司生產(chǎn)的IRB Flex Picker系列機(jī)器人及德國(guó)Bosch SIGPack Systems公司生產(chǎn)的X系列機(jī)器人。 國(guó)內(nèi)，只有天津大學(xué)黃田教授帶領(lǐng)的長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授研究基地，也就是本小組所在的研究所研發(fā)的Delta-S并聯(lián)機(jī)器人（如圖1）、Diamond系列混聯(lián)機(jī)器人（如圖2）已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。其他并聯(lián)機(jī)器人，包括本研究基地正在開發(fā)的“三平一轉(zhuǎn)”并聯(lián)機(jī)械手C4，都尚處于實(shí)驗(yàn)階段。 機(jī)構(gòu)理論方面，目前國(guó)內(nèi)外主要采用螺旋理論、李群李代數(shù)、枚舉法進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，采用矢量鏈法、矩陣法、螺旋法等方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析的方法則更為廣泛。本課題小組，采用螺旋理論進(jìn)行型綜合，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)一體化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行尺度綜合、動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)械詳細(xì)設(shè)計(jì)，尤其是運(yùn)動(dòng)學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)一體化設(shè)計(jì)理論，前沿性與創(chuàng)新性較強(qiáng)。 控制方面，最具代表性的ABB公司采用的是IRC5控制器，并配備TrueMove?和QuickMove?功能，可以確保運(yùn)行速度和路徑精度均達(dá)到最佳，亦可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)快速傳送帶的高精度跟蹤。IRC5控制器現(xiàn)有面板嵌入型供應(yīng)，除顯著節(jié)省空間以外，更為其集成到機(jī)械設(shè)備與生產(chǎn)線創(chuàng)造了便利條件。而本次課題研究，為了突破國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)壟斷，掌握具有自主開發(fā)能力的控制技術(shù)，嘗試采用了“PC+NI運(yùn)動(dòng)控制卡”控制模式，通過構(gòu)建控制系統(tǒng)虛擬儀器，同樣研制出了高效、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，各方面性能指標(biāo)尤其是重復(fù)定位精度都達(dá)到了國(guó)際同領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。
