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晶圆传输机器人振动分析与轨迹控制.docx
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晶圆传输机器人振动分析与轨迹控制.docx
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- I -
目 录
第 1 部分 模型验证与评估..........................................................................................1
1.1 初始条件确定 .....................................................................................................1
1.2 MATLAB 算法实现 ............................................................................................2
1.3 ADAMS 仿真.......................................................................................................6
第 2 部分 振动分析与轨迹控制................................................................................11
2.1 振动分析 ...........................................................................................................11
2.1.1 机器人结构对振动影响............................................................................11
2.1.2 电机运动对振动的影响............................................................................11
2.2 轨迹控制 ...........................................................................................................16
2.2.1 引言............................................................................................................16
2.2.2 无插补运动程序........................................................................................16
2.2.3 定步长插补运动程序................................................................................20
2.2.4 定时插补运动程序....................................................................................26
第 3 部分 实验验证....................................................................................................34
3.1 实验系统搭建 ...................................................................................................34
3.1.1 硬件连接....................................................................................................34
3.1.2 软件程序....................................................................................................35
3.2 实验原始数据 ...................................................................................................85
XX 大学工学硕士学位论文(附录)
- 1 -
第 1 部分 模型验证与评估
1.1 初始条件确定
本部分将根据动力学推导公式,利用 MATLAB 进行动力学计算,然后与
ADAMS 仿真进行对比。首先确定模型中各已知条件。机器人模型中各已知量见
表 1-1 所示。
表 1-1 机器人模型已知量
坐标系参数
杆件参数
杆件 i
d (mm)
i
L (mm)
i
l (mm)
i
m (kg)
i
2
zz
I (kg m )
i
g
0
0
0
-
24.0701
-
1
69.3
0
-
7.5600
-
2
57.8
0
7.7
5.5622
2
8.02 10
-
´
3
284.5
185
42.1
1.7059
2
1.66 10
-
´
4
-4.3
185
19.8
1.3712
2
1.08 10
-
´
5
47.8
290
0
1.1985
2
1.28 10
-
´
机器人初始位置,大臂、小臂、末端手均与前一杆件的 Z 轴成 120°。即:
2
3
p
a b g
= = =
(1-1)
设定三个电机加速度曲线,如图 1-1 所示。
时间(s)
时间(s)
时间(s)
R轴加速度曲线
T轴加速度曲线
Z轴加速度曲线
2000
0
-2000
4500
0
-4500
400
-400
0
加速度(rad/s
2
)
XX 大学工学硕士学位论文(附录)
- 2 -
图 1-1 三个电机加速度曲线
根据以上条件,编写 MATLAB 算法程序,同时利用 ADAMS 建立虚拟样机,
输入同样的加速度曲线。
1.2 MATLAB 算法实现
利用 MATLAB 计算动力学公式,算法实现过程如下:
开始
给定初
始条件
导入已知量
给定电
机运动
各杆件
作用力
各关节
力(矩)
柔性
处理
各电机转矩
和机器人作
用力
生成曲线
结束
各杆件长
度、质量等
信息
迭代初
始条件
三个电机的
加速度曲线
Newton-
Euler外推
Newton-
Euler内推
考虑T轴和R
轴弹簧
三个电机转
矩和机器人
冲击力
生成电机力
矩和机器人
作用力曲线
图 1-2 MATLAB 算法流程图
MATLAB 程序如下:
m0=24070.4e-3;m1=7560.0e-3;m2=5562.2e-3;m3=1705.9e-3;m4=1371.2e-3;m5=1198.
5e-3;
L4=185e-3;L5=185e-3;L6=290e-3;
lx3=80.1180e-3;lx4=75.4419e-3;lx5=81.3457e-3;lz3=7.65e-3;lz4=42.1449e-3;lz5=19.7
8e-3;
d1=69.3e-3;d2=57.8e-3;d3=284.5e-3;d4=-4.344e-3;d5=47.84e-3;g=9.8;S= 0.01;
I2 =8.0592E-03; I3 =1.6571E-02; I4 =1.0807E-02; I5=1.2786E-02;
Pc(3,5)=0;Pc(1,:)=[0,0,lx3,lx4,lx5];Pc(3,:)=[0,0,lz3,lz4,lz5];%质心矩阵
JR=4.3019e-005;JT= 2.1774e-004;JZ=1.3031E-010;%三个电机转子转动惯量
m=[m1,m2,m3,m4,m5];%质量矩阵
d=[d1,d2,d3,d4,d5,0];I=[0,I2,I3,I4,I5];%常量矩阵
P(3,6)=0;P(3,:)=d;P(1,:)=[0,0,0,L4,L5,L6];%各关节相对于前一关节的位置坐标
iR=100;iT=50;%R、T轴减速比
R(3,3,6)=0;R(:,:,1)=[1,0,0;0,1,0;0,0,1];R(:,:,6)=[1,0,0;0,1,0;0,0,1];%各关节相对于前一
关节的姿态坐标
w2(3,5)=0;w3(3,5)=0;%5个关节角速度和角加速度
v3(3,5)=0;%5个关节加速度
vc3=[0,0,0]';%临时质心加速度
XX 大学工学硕士学位论文(附录)
- 3 -
fc(3,5)=0;nc(3,5)=0;%5个杆件质心力、力矩
dt=0.001;
t=0:dt:3;
N=length(t);
qI(3,N,5)=0;%各关节输入转矩
q(3,N,5)=0;%各关节输出转矩
f(3,N,6)=0;n(3,N,6)=0;%5个关节的力和力矩,第6列为末端手受力
f0(3,N)=0;n0(3,N)=0;%框架力和电机力矩
Kt=0.92e004;Kr=1.47e004;%谐波减速器的刚度,资料查得
%设置的刚度和阻尼
K2=9e3;B2=10;%T轴柔性关节刚度和阻尼
K3=1e3;B3=10;%R轴柔性关节刚度和阻尼
I2t(N)=0;I3t(N)=0;%柔性关节负载转动惯量瞬时值
for k=1:N;
%R轴电机运动(0.8-1.5,1.5-2.2)
%R轴转动-94.5度,电机转动-94.5*50度,行程334mm
if t(k)<0.8;
qI(3,k,3)=0;
elseif t(k)-0.8<0.1&&t(k)>=0.8;
qI(3,k,3)=-(t(k)-0.8)*60*pi;
elseif (t(k)-0.8)<0.25&&(t(k)-0.8)>=0.1;
qI(3,k,3)=-6*pi;
elseif (t(k)-0.8)<0.45&&(t(k)-0.8)>=0.25;
qI(3,k,3)=(t(k)-0.8)*60*pi-21*pi;
elseif (t(k)-0.8)<0.6&&(t(k)-0.8)>=0.45;
qI(3,k,3)=6*pi;
elseif (t(k)-0.8)<0.7&&(t(k)-0.8)>=0.6;
qI(3,k,3)=-(t(k)-0.8)*60*pi+42*pi;
%R轴转动94.5度,电机转动94.5*100度,行程-334mm
elseif t(k)-1.5<0.1&&t(k)>=1.5;
qI(3,k,3)=(t(k)-1.5)*60*pi;
elseif (t(k)-1.5)<0.25&&(t(k)-1.5)>=0.1;
qI(3,k,3)=6*pi;
elseif (t(k)-1.5)<0.45&&(t(k)-1.5)>=0.25;
qI(3,k,3)=-((t(k)-1.5)*60*pi-21*pi);
elseif (t(k)-1.5)<0.6&&(t(k)-1.5)>=0.45;
qI(3,k,3)=-6*pi;
elseif (t(k)-1.5)<0.7&&(t(k)-1.5)>=0.6;
qI(3,k,3)=(t(k)-1.5)*60*pi-42*pi;
XX 大学工学硕士学位论文(附录)
- 4 -
else
qI(3,k,3)=0;
end
%T轴电机运动(0-0.8,2.2-3)
%T轴转动228度,T轴电机转动228*50度
if t(k)<0.1;
qI(3,k,2)=t(k)*800*pi/3;
elseif t(k)<0.2&&t(k)>=0.1;
qI(3,k,2)=(0.2-t(k))*800*pi/3;
elseif t(k)<0.6&&t(k)>=0.2;
qI(3,k,2)=0;
elseif t(k)<0.7&&t(k)>=0.6;
qI(3,k,2)=(0.6-t(k))*800*pi/3;
elseif t(k)<0.8&&t(k)>=0.7;
qI(3,k,2)=(t(k)-0.8)*800*pi/3;
elseif t(k)<2.2&&t(k)>=0.8
qI(3,k,2)=0;
%T轴转动-228度,T轴电机转动-228*50度
elseif t(k)-2.2<0.1&&t(k)>=2.2;
qI(3,k,2)=-(t(k)-2.2)*800*pi/3;
elseif t(k)-2.2<0.2&&t(k)-2.2>=0.1;
qI(3,k,2)=-(0.2-(t(k)-2.2))*800*pi/3;
elseif t(k)-2.2<0.6&&t(k)-2.2>=0.2;
qI(3,k,2)=0;
elseif t(k)-2.2<0.7&&t(k)-2.2>=0.6;
qI(3,k,2)=-(0.6-(t(k)-2.2))*800*pi/3;
elseif t(k)-2.2<0.8&&t(k)-2.2>=0.7;
qI(3,k,2)=-((t(k)-2.2)-0.8)*800*pi/3;
else
qI(3,k,2)=0;
end
%Z轴电机运动(0-8,2.2-3)
%Z轴转动1728度,上升48mm
if t(k)<0.2;
qI(3,k,1)=-t(k)*600*pi;
elseif t(k)<0.6&&t(k)>=0.2;
qI(3,k,1)=(t(k)-0.4)*600*pi;
elseif t(k)<0.8&&t(k)>=0.6;
qI(3,k,1)=-t(k)*600*pi+480*pi;
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