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人造圣诞树松枝制造机器人控制系统研究

【摘要】:在经济全球化时代,西方国家的圣诞节在全球各地都受到热捧。圣诞树作为圣诞节的标志物,在全球具有庞大的市场。中国作为世界人口大国,绝大部分的人造圣诞树都在中国生产,而随着经济的不断发展,生产制造类的企业面临着用工成本高、生产效率低下的困境,企业迫于发展需求,急需引进自动化生产设备对生产线进行升级改造,以提高生产效率。本课题针对人造圣诞树松枝缠绕生产效率低、劳动强度大等问题,研发出人造圣诞树松枝制造机器人,代替人工进行松枝缠绕作业,以满足企业的实际生产需要。本文结合工业自动化和工业机器人的研究现状,确定以研究开发松枝制造机器人实现生产自动化为主要研究内容,首先对人造圣诞树的生产工艺流程进行分析研究,根据松枝绕制工艺确定松枝制造机器人的总体结构方案。其次,规划松枝制造机器人的动作流程,确定自动控制系统的总体方案设计,根据控制方案确定以西门子S7-200系列PLC作为机器人主控制器,选用气压驱动和电气驱动作为动力源,设计松枝制造机器人的气动系统,对控制系统的电气线路进行配置,采用防电磁干扰的电气元件布局方式,提高控制系统的抗干扰性能;然后编写PLC控制程序和人机交互界面,使得系统能够按设计要求自动运行。再次,缠绕线的张力对松枝制造机器人缠绕松枝的产品质量起着关键作用,为了实现松枝缠绕牢固、密集、平整,必须要保证绕线过程中线材的张力恒定,为此对松枝制造机器人的张力控制系统进行建模,在MATLAB环境中进行仿真分析,并且进行实验验证张力控制系统对缠绕线张力控制的可行性。最后,为提高松枝制造机器人绕线臂主轴伺服系统的性能,对松枝制造机器人绕线主轴伺服系统进行PID参数优化整定,分析伺服系统的三环结构,分别建立电流环、速度环、位置环三环数学模型并对模型作了进一步简化,先采用工程设计的方法对伺服系统三环的控制器分别进行设计整定,建立Simulink模型进行仿真分析,得到系统电流环、速度环和位置环的阶跃响应曲线。为优化伺服系统的稳定性和控制精度,提出基于RBF神经网络算法的PID参数整定,根据仿真结果得出算法能够有效的提高系统的性能,使松枝制造机器人满足快速、平稳、精确的性能要求。

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