袋装食品装箱并联拾放机器人关键技术研究

发布时间：2017-08-12 17:16

  本文关键词：袋装食品装箱并联拾放机器人关键技术研究

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【摘要】：在电子、食品和医药等行业产品的包装过程中,存在着大量简单且重复性高的诸如分拣、装箱等操作任务,为了提高包装效率和保证产品质量,通常需要利用自动化设备以很高的速度和点位精度来完成上述操作。本文结合包装生产线中自动化装箱的实际工况,设计开发一种针对进料无序排列的轻小型袋装食品完成装箱操作的拾放机器人,主要从机器人结构方案构建与设计、机构位置分析及可达工作空间研究、拾放动作轨迹规划、控制系统硬件平台搭建、系统软件设计等方面进行研究。本文主要内容如下:1.在分析轻小型袋装食品自动化装箱工况实际需求的基础上,搭建含有末端执行器角度调整的四自由度并联拾放机器人机械结构方案;建立机器人机构简化模型,并利用其封闭几何关系构建闭环矢量方程对机构位置进行正反解推导研究;在位置正解的基础上结合机构自身约束条件,求解机器人末端可达工作空间。2.考虑并联拾放机器人应用于高速操作场合,从提高机器人运行平稳性的角度出发,提出采用修正梯形轨迹规划模式对并联拾放机器人末端动平台动作轨迹进行规划;基于Pro/E软件建立机器人虚拟样机模型,运用Adams软件对上述轨迹规划方案的可行性进行运动仿真验证。3.针对并联拾放机器人的控制系统总体功能需求,搭建机器人硬件总体结构框架;基于“PC机+多轴运动控制卡”构建运动控制系统硬件平台,采用以“工业相机+图像采集卡”为主要组成的视觉系统硬件结构方案。4.设计并联拾放机器人控制系统的软件开发流程,考虑对无序排列袋装食品进行准确定位和拾放的系统设计要求,利用LabView软件与IMAQ Vision平台实现机器人视觉系统的软件开发,基于PMAC卡下的PWEIN软件开发环境进行并联拾放机器人的四轴运动控制研究。
【关键词】：四自由度 拾放机器人 轨迹规划 机器视觉
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 并联机器人相关技术研究状况9-11
• 1.2.1 并联机器人运动学的研究现状9-10
• 1.2.2 并联机器人轨迹规划的研究现状10
• 1.2.3 并联机器人控制系统的研究现状10-11
• 1.3 国内外并联机器人在包装行业中的应用现状11-13
• 1.3.1 国外并联机器人在包装行业的应用现状与发展趋势11-12
• 1.3.2 国内并联机器人在包装行业的应用现状与发展趋势12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 第二章 并联拾放机器人结构设计与运动学分析15-31
• 2.1 引言15
• 2.2 袋装食品装箱并联拾放机器人结构设计15-18
• 2.2.1 袋装食品装箱工况需求分析15-16
• 2.2.2 并联拾放机器人设计性能参数确定16
• 2.2.3 并联拾放机器人机械结构方案16-18
• 2.3 并联拾放机器人位置正反解研究18-23
• 2.3.1 坐标系建立18-20
• 2.3.2 位置反解分析20-22
• 2.3.3 位置正解分析22-23
• 2.4 并联拾放机器人工作空间分析23-29
• 2.4.1 工作空间约束条件描述23-24
• 2.4.2 机械结构尺寸参数的确定24-26
• 2.4.3 工作空间求解分析26-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 并联拾放机器人动作轨迹规划研究31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 并联拾放机器人动作轨迹规划研究31-35
• 3.2.1 并联拾放机器人轨迹规划问题概述31-32
• 3.2.2 拾放动作的运动路径描述与分析32-33
• 3.2.3 轨迹规划算法函数的确定33-35
• 3.3 直角坐标空间中的轨迹规划与仿真研究35-44
• 3.3.1 基于直角坐标空间中的轨迹规划35-36
• 3.3.2 基于Adams运动规划仿真验证36-42
• 3.3.3 轨迹仿真结果分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 并联拾放机器人控制系统设计45-73
• 4.1 引言45
• 4.2 控制系统总体规划与硬件平台搭建45-53
• 4.2.1 控制系统设计需求分析45
• 4.2.2 并联拾放机器人控制系统总体架构45-47
• 4.2.3 运动控制系统硬件方案设计47-51
• 4.2.4 视觉控制系统硬件结构51-52
• 4.2.5 控制系统软件开发设计流程52-53
• 4.3 基于Labview视觉控制系统软件技术开发53-60
• 4.3.1 视觉系统软件开发环境54-55
• 4.3.2 基于Labview的视觉系统标定55-56
• 4.3.3 图像增强56-57
• 4.3.4 图像分割算法57-60
• 4.3.5 定位信息的提取60
• 4.4 基于PMAC运动控制系统软件设计60-70
• 4.4.1 运动控制系统软件平台61
• 4.4.2 上位机与PMAC卡间通讯模块设计61-63
• 4.4.3 PMAC重要变量参数设定63-65
• 4.4.4 PMAC中伺服环控制系统设计65-70
• 4.5 联机调试70-71
• 4.6 本章小结71-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79

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