基本信息
- 項目名稱：
- 全回轉(zhuǎn)高速并聯(lián)抓放機械手創(chuàng)新設計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本次課題研究在原三平動Delta機器人兩條RSS運動鏈主動臂在一個平面內(nèi)并聯(lián)的基礎上，增加一條RSS支鏈以限制多余自由度，最終產(chǎn)生兩平動且可實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的并聯(lián)機器人新構型。采用“PC+NI運動控制卡”控制模式，基于LabVIEW編程平臺開發(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、多工位抓放動作，實驗測得的精度、工作范圍、速度、負載能力等多項性能指標均達到國際先進水平。
- 詳細介紹：
- 本次課題研究模擬了一個真實產(chǎn)品的開發(fā)模式，在原三平動Delta機器人兩條RSS運動鏈主動臂在一個平面內(nèi)并聯(lián)的基礎上，增加一條RSS支鏈以限制多余自由度，最終產(chǎn)生兩平動且可實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的并聯(lián)機器人新構型。在機械詳細設計與制造的基礎上，采用“PC+NI運動控制卡”控制模式，基于LabVIEW編程平臺開發(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、多工位抓放動作，實驗測得的精度、工作范圍、速度、負載能力等多項性能指標均達到國際先進水平。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.設計、發(fā)明目的 本次課題研究旨在開發(fā)一臺新型三自由度全回轉(zhuǎn)高速抓放并聯(lián)機械手，實現(xiàn)高速、長距離（1200mm）、多工位抓放操作，進而提高國內(nèi)高速抓放并聯(lián)機器人產(chǎn)業(yè)化水平及國內(nèi)并聯(lián)機器人研發(fā)水平，突破國外知識產(chǎn)權限制。 2.創(chuàng)新點 （1）機構原理創(chuàng)新：運用螺旋理論與運動學、結構學、動力學一體化設計理論綜合出六桿三自由度并聯(lián)機構，可實現(xiàn)兩平動、一轉(zhuǎn)動。 （2）控制系統(tǒng)創(chuàng)新：采用“PC+運動控制卡”控制方式，設計出可以完成微動調(diào)整、單步運行、連續(xù)運行、連續(xù)單步運行、人機交互等功能的虛擬儀器控制系統(tǒng)。 3.主要技術指標 本次課題研究開發(fā)的高速并聯(lián)機器人，經(jīng)過實驗測算，主要的技術性能達到或超過國外同類的抓取機器人的性能指標，主要如下： （1）點-點移動速度400mm/s，有效載荷3.0kg； （2）定位精度0.1mm，重復定位精度0.8mm； （3）工作范圍 φ600×200mm。
科學性、先進性
- （1）運用螺旋理論進行型綜合，運用運動學、結構學、動力學一體化設計理論進行尺度綜合，得到實現(xiàn)“兩平一轉(zhuǎn)”三自由度的并聯(lián)機器人新構型； （2）采用軟件技術構建出虛擬樣機，并完成有限元法優(yōu)化設計、運動學與動力學仿真工作； （3）設計出整定伺服電機PID參數(shù)的新方法； （4）開發(fā)出滿足各種運動控制功能的控制系統(tǒng)虛擬儀器。 （5）實施了滿足傳動要求、布局巧妙以至于結構緊湊且能夠在裝配時進行精度調(diào)整的新型結構設計。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本課題組開發(fā)的全回轉(zhuǎn)機器人能夠滿足生產(chǎn)流水線對高速、長距離（1.2 m左右）、多工位抓放及大面積、潔凈物體搬運的需求，進而可以在一定程度上推動高速抓放并聯(lián)機械手產(chǎn)業(yè)化進程，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用價值與廣闊的市場前景,一旦本作品投入實際生產(chǎn)，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
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)機器人，因此，本部分描述國外同類課題研究水平時，僅考慮以投入實際應用的并聯(lián)機器人。 國外，投入生產(chǎn)的并聯(lián)抓放機器人有美國Adept Technology公司生產(chǎn)的Cobra系列2.0 SCARA機器人，ABB公司生產(chǎn)的IRB Flex Picker系列機器人及德國Bosch SIGPack Systems公司生產(chǎn)的X系列機器人。 國內(nèi)，只有天津大學黃田教授帶領的長江學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)機器人（如圖1）、Diamond系列混聯(lián)機器人（如圖2）已應用于工業(yè)生產(chǎn)。其他并聯(lián)機器人，包括本研究基地正在開發(fā)的“三平一轉(zhuǎn)”并聯(lián)機械手C4，都尚處于實驗階段。 機構理論方面，目前國內(nèi)外主要采用螺旋理論、李群李代數(shù)、枚舉法進行機構綜合，采用矢量鏈法、矩陣法、螺旋法等方法進行運動學分析，動力學分析的方法則更為廣泛。本課題小組，采用螺旋理論進行型綜合，采用運動學、結構學、動力學一體化設計理論進行尺度綜合、動力學分析及機械詳細設計，尤其是運動學、結構學、動力學一體化設計理論，前沿性與創(chuàng)新性較強。 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，可以確保運行速度和路徑精度均達到最佳，亦可實現(xiàn)機器人對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，除顯著節(jié)省空間以外，更為其集成到機械設備與生產(chǎn)線創(chuàng)造了便利條件。而本次課題研究，為了突破國外知識產(chǎn)權壟斷，掌握具有自主開發(fā)能力的控制技術，嘗試采用了“PC+NI運動控制卡”控制模式，通過構建控制系統(tǒng)虛擬儀器，同樣研制出了高效、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，各方面性能指標尤其是重復定位精度都達到了國際同領域的領先水平。
