关键词：桌面机械臂;;吸烟机;;可编程控制器;;D-H建模;;运动控制
摘 要：随着人工智能科技的快速前进,全球已进入工业4.0智能工厂时代。工业机器人产业发展迅速,除了传统的汽车制造业,现阶段工业机器人在生命技术、航空航天、3C电子等新兴领域广泛发展应用。面向3C电子行业的桌面型机械臂,以其体积小、重量轻、安装便捷、集成度高等特点,近年来迅速发展。吸烟机是烟气分析领域内的关键检测设备,转盘式吸烟机在烟气捕获过程中,需要对收集粒相物的滤片捕集器进行反复的操作和称重。目前对滤片捕集器的操作和称重大部分由人工完成,存在效率低下、自动化水平低等缺陷。本文基于转盘式吸烟机精密的工作环境,首次对转盘式吸烟机引入桌面型机械臂,设计了用于吸烟机自动化检测的机械臂系统,代替所有的手动操作,提高了烟气检测的效率和自动化水平。结合吸烟机自动检测流程要求,桌面机械臂系统主要任务是完成滤片捕集器的称重、搬运、封盖和收集,基于此,研究设计了吸烟机桌面机械臂系统。主要包括机械臂系统的工作流程设计,机械臂系统各模块的工作任务设计及分配,机械臂控制系统以及系统关键器件的方案设计。具体的研究内容包括:1、根据转盘式吸烟机自动检测流程要求,设计桌面机械臂系统及系统的工作流程。主要包括机械臂系统模块设计及总体控制方案的制定,机械臂系统具体的结构设计,运动控制方案、各单元器件选型、气动控制模块以及系统自动程序设计。2、针对桌面型机械臂,完成基于经典D-H法的建模。确定各连杆坐标系及连杆矩阵,基于数学理论对机械臂进行运动分析。利用MATLAB工具完成工作空间的研究,验证了所设计桌面机械臂的合理性。3、根据机械臂控制方案,完成机械臂系统的硬件设计。设计了系统整体的硬件架构,根据设计要求完成关键器件的方案设计,并配置可编程控制器(PLC)和机械臂的输入输出(I/O)接口。4、依据吸烟机自动检测流程,完成对PLC和机械臂系统的控制。包括吸烟机自动检测流程方案设计,以及PLC和机械臂系统的控制方案的软件算法研究及实现。5、系统测试。搭建机械臂性能测试平台,单独控制机械臂运动,测试重复性定位精度,测试结果表明符合系统精度设计要求。联机进行卷烟样品的检测,将得到的实验数据与手动操作的结果进行对比分析,对比结果表明机械臂系统的参与提高了仪器的检测效率和仪器的自动化水平且未对仪器的检测结果产生影响。
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