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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(shè)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(chǔ)上，增加一條RSS支鏈以限制多余自由度，最終產(chǎn)生兩平動且可實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的并聯(lián)機器人新構(gòu)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(biāo)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(chǔ)上，增加一條RSS支鏈以限制多余自由度，最終產(chǎn)生兩平動且可實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的并聯(lián)機器人新構(gòu)型。在機械詳細設(shè)計與制造的基礎(chǔ)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(biāo)均達到國際先進水平。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)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(quán)限制。 2.創(chuàng)新點 （1）機構(gòu)原理創(chuàng)新：運用螺旋理論與運動學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動力學(xué)一體化設(shè)計理論綜合出六桿三自由度并聯(lián)機構(gòu)，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(shè)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(shù)指標(biāo) 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(shù)性能達到或超過國外同類的抓取機器人的性能指標(biāo)，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(fù)定位精度0.8mm； （3）工作范圍 φ600×200mm。
科學(xué)性、先進性
- （1）運用螺旋理論進行型綜合，運用運動學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動力學(xué)一體化設(shè)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(gòu)型； （2）采用軟件技術(shù)構(gòu)建出虛擬樣機，并完成有限元法優(yōu)化設(shè)計、運動學(xué)與動力學(xué)仿真工作； （3）設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊且能夠在裝配時進行精度調(diào)整的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗階段
技術(shù)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(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)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(yīng)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(yīng)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(xué)黃田教授帶領(lǐng)的長江學(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)機器人（如圖1）、Diamond系列混聯(lián)機器人（如圖2）已應(yīng)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(gòu)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(gòu)綜合，采用矢量鏈法、矩陣法、螺旋法等方法進行運動學(xué)分析，動力學(xué)分析的方法則更為廣泛。本課題小組，采用螺旋理論進行型綜合，采用運動學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動力學(xué)一體化設(shè)計理論進行尺度綜合、動力學(xué)分析及機械詳細設(shè)計，尤其是運動學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、動力學(xué)一體化設(shè)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(yīng)，除顯著節(jié)省空間以外，更為其集成到機械設(shè)備與生產(chǎn)線創(chuàng)造了便利條件。而本次課題研究，為了突破國外知識產(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運動控制卡”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)定位精度都達到了國際同領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。
