電氣系王現(xiàn)富2013院級課題申請書(兩自由度并聯(lián)機(jī)械手)

1、 青島市技師學(xué)院課題（項目）申 報 書課題（項目）名稱： 兩自由度并聯(lián)機(jī)器人 承擔(dān)部門： 電氣工程系 課題（項目）負(fù)責(zé)人： 王現(xiàn)富 手機(jī)：聯(lián)系人： 王現(xiàn)富 聯(lián)系電話： 81725638 手機(jī)：電子郵箱： henanwangyi 課題（項目）起止時間： 2013 年10月 30 日 至 2014 年 12 月 30 日申報時間： 2013 年 10 月 25 日青 島 市 技 師 學(xué) 院 填表日期：2013年10 月20 日填表說明一 、表內(nèi)文字書寫格式為宋體、小四，行間距1.5倍，首行縮進(jìn)2字符。二、每個課題限報負(fù)責(zé)人1名。課題負(fù)責(zé)人須具有中

2、級以上職稱或研究生學(xué)歷。三、 填寫中如欄目篇幅不夠，可自行加頁。一、課題（項目）申報單位及課題（項目）負(fù)責(zé)人基本信息課題（項目）負(fù)責(zé)人姓 名王現(xiàn)富性 別男出生年月1973.01學(xué) 歷本科職 稱講師職 務(wù)教師電 話81725638手 mailhenanwangyi課題（項目）組主要研究人員序號姓 名年齡專業(yè)學(xué) 歷職 稱項目分工為本項目工作時間（%）所在部門1丁兆花49電氣本科校企合作和跟高校合作合同20%電氣工程系2于蓉42機(jī)電本科觸屏和機(jī)器人的正反解算法以及編程（接線調(diào)試）25%電氣系PLC教研室3王現(xiàn)富40工業(yè)自動化本科觸屏和機(jī)器人的正反解算法以及編程（接線調(diào)試）2

3、5%電氣系測控教研室4王錦31電氣自動化本科相關(guān)資料的收集編寫打印10%電氣工程系5劉振剛32電子研究生相關(guān)接線和調(diào)試10%電氣系電子教研室6李秀香43機(jī)電本科相關(guān)接線工作10%電氣系基礎(chǔ)教研室二、立項背景和依據(jù)(一)研究目的1、隨著企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，機(jī)器人在企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的位置越來越重要，各種形式的機(jī)器人在未來中國的企業(yè)中將大量使用。對各種機(jī)器人的研究包括編程、使用、維護(hù)、維修將是我們電氣專業(yè)未來發(fā)展的一個重要方向。2、2013年5月11月教育部教育管理信息中心舉辦第八屆全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽中增設(shè)“Omron杯”Sysmac自動化控制應(yīng)用設(shè)計大賽專項團(tuán)體賽事?！癘mron杯”Sysmac自動

4、化控制應(yīng)用設(shè)計大賽是歐姆龍為了配合高校在創(chuàng)新活動中對最先進(jìn)自動化控制技術(shù)的吸收和掌握，與教育部教育信息中心合作舉辦的首屆大賽，全國諸多高校參加，這個比賽預(yù)計要連續(xù)舉辦五屆。通過院級課題的研究為未來的比賽做準(zhǔn)備。（二）研究背景隨著機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展和研究領(lǐng)域的拓寬及機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新的需求,平面多自由度機(jī)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、串聯(lián)機(jī)器人等領(lǐng)域,以實現(xiàn)高速、高精度、高穩(wěn)定性的運動輸出或完成更復(fù)雜的運動規(guī)律，在企業(yè)中的到越來越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前當(dāng)前工控界比較常見的主流機(jī)器人有以下幾種：1.SCARA（水平機(jī)器人） SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文譯

5、名：選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器手臂）是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機(jī)器人。也有人叫做水平關(guān)節(jié)型機(jī)器人。SCARA機(jī)器人有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，比一般關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位，垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。例如，快速將一件小物件從一條輸送帶移動到另一條輸送帶上并排列好2.直交機(jī)器人 直角坐標(biāo)機(jī)器人概念：工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點：

6、 1， 多自由度運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角。2， 自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運動均按程序運行。3， 一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。4， 靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。5， 高可靠性、高速度、高精度。6， 可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。3. 串聯(lián)式機(jī)器人 串聯(lián)式機(jī)構(gòu)是一個開放的運動鏈（open loop kinematic chain），其所有的運動桿件并沒有形成一個封閉的結(jié)構(gòu)鏈，串聯(lián)式機(jī)構(gòu)特點包括：1. 工作空間大。2. 運動分析較容易。3. 可避免驅(qū)動軸之間的耦合效應(yīng)。4. 機(jī)構(gòu)各軸必須獨立控制，并且需搭配編碼器與傳感器用來提

7、高機(jī)構(gòu)運動時的精準(zhǔn)度。4. 并聯(lián)式機(jī)器人 并聯(lián)機(jī)器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，它是一個封閉的運動鏈（close loop kinematic chain），和串聯(lián)機(jī)器人相比較，并聯(lián)機(jī)器人具有以下特點：1. 不易有動態(tài)誤差，無累積誤差，精度較高。2. 運動慣性小。3. 結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，輸出軸大部份承受軸向應(yīng)力，機(jī)器剛性高，承載能力大。4. 為熱對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計，熱變形量較小。5. 在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，反解困難，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難，反解容易。6. 工作空間較小。7. 驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應(yīng)好。8. 完全對稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)

8、具有較好的各向同性。根據(jù)這些特點，并聯(lián)機(jī)器人在需要高剛度、高精度、大荷重、工作空間精簡的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。近年來,對平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究日益受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。多維度并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛。三、研究方案（一） 研究內(nèi)容通過對NJ系列PLC編程的學(xué)習(xí)和研究，根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，確定正反解的算法，完成程序的編寫調(diào)試及仿真。在開始真機(jī)調(diào)試前需要完成設(shè)備的電氣組成，以便控制與維修。電氣組成介紹包括三方面：1、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成2、控制回路3、HMI（觸摸屏）控制應(yīng)該包括的控件與功能如下：抱閘：用于松開電機(jī)抱閘的控件按鈕。伺服鎖定：用于伺服鎖定的控件按鈕。設(shè)置原點：用于設(shè)置伺服初始原點的控件按鈕。清錯：用于

9、清除所有報警錯誤（可包括數(shù)據(jù)初始化）按鈕。點動：用于控制機(jī)械手點動的控件按鈕點動速度：用于設(shè)置點動速度的控件按鍵輸入。目標(biāo)位置：用于設(shè)置機(jī)械手移動目標(biāo)點坐標(biāo)的控件按鍵輸入。實際位置：用于顯示機(jī)械手移動時當(dāng)前位置坐標(biāo)顯示的控件?；卦c：用于機(jī)械手回到原點的控件按鈕路徑示教：用于示教的功能。此功能用來示教預(yù)置機(jī)械手的行走路徑。例如A-B，獲取A點附近坐標(biāo)與B點附近坐標(biāo)，設(shè)定相應(yīng)高度后，在程序里用功能塊實現(xiàn)相應(yīng)的機(jī)械手路徑。設(shè)定高度：用于設(shè)定機(jī)械手能夠安全越過障礙物的高度的控件按鍵輸入。設(shè)定厚度：用于設(shè)定鐵片厚度的控件按鍵輸入。循環(huán)次數(shù)設(shè)定：用于設(shè)置機(jī)械手A-B-A-C-A循環(huán)次數(shù)的控件按鍵輸入。當(dāng)

10、前循環(huán)次數(shù)：用于顯示機(jī)械手當(dāng)前完成循環(huán)次數(shù)的控件顯示輸出。完成片數(shù)：用于顯示機(jī)械手當(dāng)前完成吸放鐵片數(shù)的控件顯示輸出。Autorun：用于控制示教動作自動運行的控件按鈕Stop：用于停止機(jī)械手動作的控件按鈕。極限：用于顯示機(jī)械手是否超過范圍保護(hù)極限位置的控件顯示輸出。4、程序編寫調(diào)試在符合操作流程的前提下程序的功能要求如下：程序中必須包含LD語言,ST語言，Motion FB編寫機(jī)械手仿真程序：編寫能夠通過Data Trace（數(shù)據(jù)跟蹤）功能把機(jī)械手軌跡仿真出來的程序通過網(wǎng)絡(luò)變量編寫NS觸摸屏程序（具體功能見NS觸摸屏程序要求）機(jī)械手指定位置絕對移動程序（在機(jī)械手允許的活動范圍內(nèi)，輸入目標(biāo)點的坐

11、標(biāo)，機(jī)械手可以運動到指定位置）點動程序（通過點動按鈕可以實現(xiàn)機(jī)械手上下左右點動）機(jī)械手活動范圍超出判斷報警程序（設(shè)置機(jī)械手活動范圍以外的位置時候，機(jī)械手不動作）機(jī)械手自動程序（按下自動啟動按鈕后，機(jī)械手先將A點鐵片搬運到B點，鐵片全部搬運完畢后，機(jī)械手回到初始位置，之后在將B點鐵片全部搬回到A點。機(jī)械手再次回到初始位置，將A點鐵片搬運到C點，機(jī)械手回到初始位置，之后再將C點鐵片全部搬回到A點。重復(fù)此循環(huán)動作。）運動學(xué)正推程序（編寫能夠根據(jù)主動臂伺服旋轉(zhuǎn)角度推出平動盤坐標(biāo)的程序）2. 研究方法與技術(shù)路線 為了使該課題的研發(fā)結(jié)果更好，使機(jī)器人的運行精度更高，在研究過程中，將采用以下方法：1、積極與

12、高校合作；準(zhǔn)備到青島大學(xué)的山東省重點實驗室去學(xué)習(xí)交流。2、積極與企業(yè)合作；準(zhǔn)備到OMRON中國自動化公司參加NJ培訓(xùn)。3、實驗法；在研發(fā)過程中為了確保研發(fā)的順利成功，需根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計和算法設(shè)計好程序后先利用仿真軟件在線監(jiān)控仿真的方法對程序進(jìn)行仿真修改。4、跟數(shù)學(xué)專業(yè)教師合作；在機(jī)器人確定正反解算法的過程中積極跟基礎(chǔ)部數(shù)學(xué)教師合作，以便找到精度更高，步驟更簡便的數(shù)學(xué)算法。在研發(fā)的總體目標(biāo)指導(dǎo)下，按計劃、合作、行動、反思、修訂的基本過程，進(jìn)行實時的修訂與完善，確定最優(yōu)方案，使研發(fā)課題順利完成。3、擬解決的關(guān)鍵問題、子課題的設(shè)置及本項目的創(chuàng)新之處1、 由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在運動學(xué)和動力學(xué)的強(qiáng)耦合性,使得

13、這類機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的控制較為困難,運行精度低。解耦合在動力學(xué)中的研究是個難題。因此,如果能采取有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計措施,使得機(jī)構(gòu)的動態(tài)方程得到簡化。那么,對改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,提高系統(tǒng)的運動精度和實際控制都是非常有利的?？刂齐姍C(jī)轉(zhuǎn)動只是知道電機(jī)旋轉(zhuǎn)了多少角度，角度位置只是相對的，卻不能知道機(jī)械手平動盤上的電磁鐵移動到哪。要想讓機(jī)械手移動到預(yù)計的位置，則需要先建立一個坐標(biāo)系，再通過在程序里實現(xiàn)一些算法，最終反應(yīng)到實際的機(jī)械手運動當(dāng)中。關(guān)鍵點在于算法，算法便是角度與坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系-正反解2、NJ編程軟件編程特別是運動指令的學(xué)習(xí)、3、用ST語言編程的學(xué)習(xí)研究，4、Sysmac軟件的學(xué)習(xí)應(yīng)用，5、HMI軟件的學(xué)習(xí)

14、應(yīng)用。4、工作方案（包括時間進(jìn)度，階段目標(biāo)等）時間階段目標(biāo)考核指標(biāo)2013年11月12月計劃到青島大學(xué)OMRON實驗室培訓(xùn)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的相關(guān)資料照片等2013年11月2014年9月1、到OMRON自動化中國公司參加專業(yè)培訓(xùn)2、廣泛合作確定最優(yōu)算法3、程序編寫（運行程序和HMI程序）4、仿真調(diào)試程序和仿真效果2013年9月11月1、組裝接線與調(diào)試（學(xué)院購買實物）完成運行5. 預(yù)期研究成果及形式預(yù)期研究成果01.主報告 02.調(diào)研報告 03.核心期刊發(fā)表文章 04.參考文獻(xiàn)選編   05.論文與專著 06.學(xué)院采用 07.其它 預(yù)期成果描述本課題借全國OMRON大賽的契機(jī)

15、，根據(jù)當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀和電氣專業(yè)未來的發(fā)展方向確立的該課題。通過該課題的研發(fā)課題使老師們能夠接觸到該行業(yè)中最前沿的知識，更好的把我專業(yè)的未來發(fā)展方向，為以后的專業(yè)發(fā)展提供經(jīng)驗。通過該課題的研發(fā)可以提供學(xué)院老師的研發(fā)水平，如果參與大賽獲獎還可以提高學(xué)院的知名度，為學(xué)院爭得榮譽(yù)。 該機(jī)器人的研發(fā)突破了原來學(xué)院作為教學(xué)研制的機(jī)械手，速度慢，精度差，僅限于教學(xué)應(yīng)用，該機(jī)器人運行速度的精度將達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用的企業(yè)生產(chǎn)中，甚至比當(dāng)前好多企業(yè)的設(shè)備更先進(jìn)，精度更高速度更快，是企業(yè)設(shè)備的更新?lián)Q代產(chǎn)品。四、現(xiàn)有研究基礎(chǔ)和條件 1、該課題組成員具有較強(qiáng)的教科研水平，課題負(fù)責(zé)人多次參與教具制作。

16、 2011年參與院級課題“KZD-型4KW以下直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)教具研制”，并獲得全國技工院校教學(xué)科研開發(fā)成果三等獎。2012年該課題組研制教具的“伺服自動控制系統(tǒng)”獲得全國技工院校教學(xué)科研開發(fā)成果三等獎。2012-2013年主持了院級課題“龍門刨床的電氣控制技術(shù)改造”。2011-2013年承擔(dān)了學(xué)院示范校建設(shè)中的電子實訓(xùn)室的6S管理、“氣動實訓(xùn)室建設(shè)”和“教具機(jī)械手的研制” 等工作。 2、該課題團(tuán)隊成員全部是一體化教師，并且具有豐富的企業(yè)工作經(jīng)驗，并積極參與教學(xué)改革。2008-2012年該課題組成員先后在國家級刊物發(fā)表論文淺談項目教學(xué)法plc在燃油鍋爐自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用淺談職業(yè)教學(xué)改革等論文共計十余篇。2008年參與青島市職研室組織的教材機(jī)床電氣控制線路與技能訓(xùn)練的編寫。2011-2012年主編了勞動和社會保障出版社組織的教材編寫，主編了電力電子變流技術(shù)的教材、習(xí)題冊以及教參，2013年主編了校本教材觸摸屏應(yīng)用技術(shù)。 3、學(xué)校有成功的校企合作基礎(chǔ)，并有多人參與過企業(yè)技術(shù)改造和研發(fā)。 4、學(xué)院對課題研究具有充分的資金保障，為課題的順利完成奠定了基礎(chǔ)。* 論文要寫明作者、題目、刊名、年份、卷（期）、頁碼* 專著要寫明作者、書名、出版社、年份* 研究項目