大型零件搬运装配的智能轨道系统建模与仿真.pdf

高技术通讯2014年第24卷第3期：273—277 doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2014．03．008 大型零件搬运装配的智能轨道系统建模与仿真① 董玉红②‘ 张立勋” 陈雄标“+ (‘哈尔滨理工大学机械动力工程学院 哈尔滨150080) (”哈尔滨工程大学机电工程学院 哈尔滨150001) (…加拿大萨斯喀彻温大学机械工程系 萨斯喀彻温SKS7N5A9) 摘要智能辅助作业设备(IAD)是新一代人机工程学与智能控制技术相结合的产物， 它必须与操作者合作才能完成作业任务。根据搬运大型零件时lAD的功能和组成，设计 了由智能移动单元和H型钢轨道构成的智能轨道系统。考虑系统的摩擦非线性，建立了 智能移动单元的数学模型。基于Simulink建立了智能移动单元的仿真模型，对主动工作 模式下智能轨道系统的速度响应特性进行了仿真分析和半物理仿真实验研究。研究结果 表明，该智能轨道系统能够跟踪给定的速度指令，跟踪性能满足设计要求。该研究为智能 轨道系统的实际应用与推广奠定了基础。 关键词智能轨道系统，智能移动单元，摩擦非线性，数学模型，Simulink 能轨道系统组成，建立了主动工作模式时智能移动 0 引言 单元的数学模型，对系统的跟踪性能进行了仿真分 析与半物理仿真实验研究。 assist device， 智能辅助作业设备(intelligent lAD)是新一代人机工程学与智能控制技术相结合1 智能轨道系统组成 rail 的产物。IAD包括智能轨道系统(intelligentsys． lift tem)、智能提升系统(intelligentsystem)和智能操 智能轨道系统机构简图如图1所示，该系统主 arm 作臂系统(intelligentsystem)，它不能完全代替要由H型钢导轨和智能移动单元组成坤J。智能移 操作工人或工业机器人，必须与操作者合作才能完 动单元结构示意图如图2所示。智能移动单元由交 成作业任务，操作安全、快捷，轻便、省力。美国 流伺服电动机、齿轮减速机构、辊子轴、辊子、承载轮 Stanley公司研制开发了一种称为Cobotics的智能辅和导向轮等部分组成。辊子与大齿轮通过键固定在 助作业设备，该设备是由计算机控制、伺服装置提供 辊子轴上，并随大齿轮的旋转沿H型钢轨道的下表 动力，主要用于物料搬运及装配作业等场合[1]。美 面运动，辊子与轨道之间的摩擦力驱动承载轮、导向 国西北大学研制了一种称为RailCobot的智能臂系 轮、负载等一起运动【9J。H型钢选HM系列型号为 统，该系统是一个3轴(茗，)，，砂。)联动的轨道式人机 合作机器人，主要用于大型零件的搬运装配，如汽车 座椅和车门的总成、仪表盘的安装、大型钣金的搬运 有高性能实时自动调整增益功能，与自适应滤波器 等场合旧剖。意大利Dalmec公司研制的IAD采用 配合，满足高、低刚性负载惯量变化的要求。为了满 专门夹具和抗重力的平衡技术，辅助操作者零重力 足伺服电机和辊子之间转矩、转速的匹配要求，取总 全方位地搬运工件一J。本文设计了具有主动、欠驱 传动比i=4，二级传动比按质量最小原则，取i，= 动力和被动工作模式的智能轨道系统，该系统是由 i：=2。齿轮材料选用40C。，为了提高承载能力，对 H型钢与智能移动单元构成的模块化结构。根据智 齿轮