智能控制与检测技术 课件 任务8.1 三轴机械手抓取控制

项目八光学尺寸检测任务8.1三轴机械手抓取控制1.机械手发展史1958年美国联合控制公司首先开始研制工业机械手。1962年制造了“万能自动”机械手。1963-1970年万能自动公司制造了工业机械手供用户做工业试验。1968-1970年工业机械手在美国进入了应用阶段。例如：美国通用汽车公司1968年订购68台工业机械手；1969年该公司自行研制出SAM型工业机械手，并用21台这种工业机械手组成了电焊小汽车车身的生产自动线。1970-1972年工业机械手在美国处于技术发展阶段。1970年美国在伊利诺斯工学院研究所召开了第一届全国工业机械手会议。约从1967年开始，日本和北欧多国从美国引进工业机械手技术，并得到了发展。机械手主要是手部、运动部分和控制部分。2.机械手的结构手部是用来抓持工件（或工具）的部件。根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作、改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。3.搬运机器人3.搬运机器人优点：动作稳定，搬运准确性较高；定位准确，保证批量一致性；能够在危险恶劣的环境中工作，能够改善工人的劳动条件；生产柔性高、适应性强，可实现多形状、不规则物料的搬运；能够部分代替人工操作，且可以进行长期重载作业，生产效率高。4.伺服系统伺服控制系统原理框图伺服驱动器原理框图伺服控制系统的接线示意图4.伺服系统伺服系统是一种自动控制系统，它能够精确地控制物体的位置、方位和状态等输出被控量，以跟随输入目标或给定值的变化。伺服系统组成：伺服电机：伺服电机是伺服系统的核心部件，它能够接收控制信号并按照信号的指示进行旋转。伺服电机通常分为电子部分和机械齿轮部分，其中齿轮部分用于产生低速高扭矩，以控制机械臂的旋转。12345678编码器：编码器是伺服系统中的核心部件之一，它能够反馈电机的转速和位置信息给控制系统，使控制系统能够对电机进行实时控制和调整。3678控制器：控制器是伺服系统的另一个重要组成部分，它能够将外部的指令转换成电机转动的具体动作，并通过反馈控制修正误差。控制器通常由伺服驱动器、PLC等组成，它负责处理编码器反馈信息，通过控制电机的电流和电压来实现控制电机的转速和位置。4.伺服系统衡量伺服系统性能的主要指标频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。4.伺服系统伺服系统的特点：稳定性好：作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力，在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态；精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.01～0.00lmm之间；快速响应性好：有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。节能高：由于伺服系统的快速相应，注塑机能够根据自身的需要对供给进行快速的调整，能够有效提高注塑机的电能的利用率，从而达到高效节能。4.伺服系统伺服电机可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，可以控制速度，位置精度非常准确。伺服电动机分为：直流和交流伺服电动机两类。5.伺服电机交流伺服电动机为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。转子有高电阻率导条的笼型转子和非磁性空心杯型转子两种。定子为两相绕组，并在空间相差90°电角度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。工作原理基本结构当控制电压为零时：只有励磁电流产生脉动磁场，转子不动。当有控制电压时：励磁绕组和控制绕组中的电流共同产生一个合成的旋转磁场，带动转子旋转。5.伺服电机“自转”现象：当励磁电压不为零，控制电压为零时，伺服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较小，则电机仍然旋转。避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。幅值控制通过调节控制电压的大小来调节电动机的转速，而控制电压与励磁电压的相位保持900电角度不变。当控制电压Uk=0时，电机停转，即n=0。相位控制通过调节控制电压的相位（即调节控制电压与励磁电压之间的相位角β）来改变电机的转速，而控制电压的幅值始终保持不变。当β=0时，电机停转，n=0。幅相控制

也称电容移相控制，是将励磁绕组串电容C后接到励磁电源Ul上。这种方法既通过可变电容C来改变控制电