用于电子制造装配过程的两指机械手控制系统研究与设计

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在电子制造产业中,电子装配自动化生产线是最基本的生产方式,大部分产品的装配都在电子自动化生产线上进行。目前流水线上多使用气缸或者一些气动的夹爪来实现一些抓取的任务,但是其力量和行程不好控制。机械臂末端的传统夹持器已难以适应产品生产的需要,作为通用末端操作器的机器手爪在现代工业生产领域将发挥重要作用。机械手爪是一种在自动化行业中广泛应用的机器人末端执行器,通常与各种各样的机械手臂联合动作完成控制任务。机械手爪广泛应用于加工、装配和搬运等工业过程中,其研究、设计与制造涉及了自动化、材料、机械、计算机等多门学科。目前对于机械手爪的研究以及性能改善主要集中在机械结构和控制系统两个方面。前者是执行工具,直接影响操作任务的执行效果;后者是处理中枢,决定了机械手执行任务的方式。本文的重点就是研究并设计一款用于电子制造装配过程的两指机械手的控制系统。首先,本文从控制需求出发,进行了机械结构分析,并提出了电机控制板与通信板相结合的硬件方案、高实时的电机控制与多任务通信相结合的软件方案。根据设计方案完成了控制系统的硬件电路设计,主要包括了电机驱动,电机位置获取,电流检测,通信电路等。然后,本文考虑到实际物体存在刚度不同的抓取情况,提出了基于力外环的抓取控制方式,并用PID力控制的方式进行实现。考虑到实际抓取过程中PID的延迟性,机械手的控制系统引入灰色预测和PID相结合的方式来提高响应速度和减少超调量。本文逐一完成了各个功能模块的软件设计,将硬件和软件结合起来,实现了系统功能。最后,本文将制造出来的机械手爪和控制系统连接后进行测试验证,依次进行参数验证实验及抓取性能实验。实验证明所设计的控制系统运行参数符合设计要求。在抓取物体时,机械手爪的力量未发生明显超调,被抓物体及机械手爪未发生明显变形等问题。该设计能满足电子制造装配过程中的常用需求,具有一定的实用意义。
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