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面向大面积丝网印刷的自动上下料SCARA机器人研究

作者2019-04-17 14:54未知
为提高大面积丝网印刷的太阳能电池片的良品率,在实验室利用形状测量激光显微系统对电池片印刷质量进行检测。针对现有单轴滑轨带气动吸盘的太阳能电池片上下料方式,柔性化和自动化水平不高,难以适应灵活的工作环境的问题,本论文的主要任务是设计一款轻量型机器人,满足实验室检测电池片过程中,快速准确平稳的上下料要求。首先对现有的上下料机器人进行比较分析的基础上,根据电池片轻量、易碎的上下料特点,选择了运动速度快定位精度高的SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)类型机器人。兼顾系统开放性及操作专用性需求,本文对这种工作要求下的SCARA机器人进行自主设计研究。根据工作要求,设计制造了一款紧凑轻巧的SCARA机器人。关节驱动采用交流伺服电机,传动结构由谐波减速器,滚珠丝杆花键和同步带轮等实现。根据性能要求,计算机器人各关节的速度及需求驱动力矩,确定驱动传动系统的规格。根据系统开放性的要求,采用PC+DMC运动控制卡的控制方案,并完成控制柜电路设计。针对薄片状零件的拾取,配合真空发生气动系统,设计了扁平状的末端执行器。在对机器人运动学分析的基础上,通过正解绘制机器人的工作空间。基于梯形曲线速度规划,利用封闭形式的逆解,实现了机器人末端的笛卡尔空间直线轨迹运动。针对三维空间复杂路径上下料,利用NURBS曲线路径作轨迹规划,实现平稳连续的上下料过程。另外,基于牛顿-欧拉方法在MATLAB中进行仿真,在梯形曲线速度条件下分析驱动力矩的变化规律,验证机器人的电机驱动能力并校核减速器的承载能力,为良好的动力学性能提供理论指导。为提高机器人的定位准确度,采用激光跟踪仪作为测量手段,利用最小二乘法对机器人几何模型误差进行标定及补偿。标定完成后机器人在相应特征点处平均位置准确度提高了58.74%。并对机器人定位精度进行评价,机器人末端的位置准确度达到1.19mm,位置重复性达到0.03±0.07mm。运动校核实验表明,机器人能够在1s内往返300mm的水平距离。最后,基于NURBS曲线路径规划配合执行器动作,完成机器人的上下料实验,验证了上下料机器人的功能。
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