基于MATLAB的仓储机械手控制系统设计与仿真.doc

基于MATLAB的仓储机械手控制系统设计与仿真目 录 TOC \o 1-3 \h \u 14994 1 绪 论 1 23141 1.1 前言 1 26535 1.2 机械手的发展历史 1 7924 1.3 机械手的发展趋势 4 1873 1.4 选题背景及课题意义 4 29215 2 机械手介绍 6 6649 2.1 机械手组成及其工作原理 7 11729 2.1.1 执行机构 7 17286 2.1.2 驱动机构 8 29788 2.1.3 控制机构 9 6886 2.2 机械手运动学分析 9 3928 3 机械手控制系统设计 16 69 3.1 系统各环节建模 16 28515 3.1.1 变频器环节 16 5705 3.1.2 交流异步电动机环节 17 22282 3.1.3 速度检测环节 18 32220 3.1.4 转速到角位移转换环节 18 29142 3.1.5 位置反馈检测环节 18 12678 3.1.6 PI调节器 18 24780 4 利用MATLAB仿真 20 1133 4.1 软件介绍 20 20449 4.2 变频器参数 21 10861 4.3 交流异步电动机参数 21 1082 4.4 速度环节的仿真 22 6640 4.5 位移环节的仿真 23 4392 结 论 25 23906 参考文献 26 4671 致 谢 27 1绪论 1.1前言 机械手是一种能模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，它也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能性和适应性。机械手作业的准确性和在很多环境恶劣中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识： (1)它能部分的代替人工操作,实现机械化作业； (2)它能按照生产工艺的要求，遵循一定的指令，按照指定的路径完成工件的传送和装卸； (3)它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 因而，机械手的应用备受很多国家的重视，使其投入大量的人力物力来研究和应用，尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 随着机械手在制造业中应用越来越广泛，人们对其工作的精度要求也越来越高，这就需要机械手有很稳定的控制系统。为了实际机械手控制系统的设计方便，我们利用MATLAB软件进行仿真模拟。 仿真技术利用系统模型对实际或设想的系统进行试验研究，其应用已经扩大为产品研制的全过程，包括方案论证、设计分析、生产制造等各个阶段。MATLAB 是一种可视化的具有强大矩阵计算能力的编程语言，在工业研究、产品开发、数值分析和科学计算等工程及科学方面的教学与研究中是一个十分有效的工具。 1.2机械手的发展历史 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。 (1)国外机械手的发展历史 1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家Georgedevol取得了附有重放记忆装置的第一台机械手的专利权，该设备能执行从一点到另一点的受控运动，这被认为是“机器人时代”的开始。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手，是一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。 1970年，机器人学界早期的改革家之一，victor schenman在斯坦福大学演示了一种计算机控制的机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。 德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。日本国也在 1967 年开始进口机器人，当时日本经济大发展，许多企业一