基于智能交流接触器的采摘机器人机械臂设计-王臻卓

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1、2017年6月农机化研究第6期基于智能交流接触器的采摘机器人机械臂设计121王臻卓，李伟，范乐(1．河南工业职业技术学院，河南南阳473000;2．国家电网山东栖霞市供电公司，山东栖霞265300)摘要:在充分考虑机械臂伺服电机智能速度检测装置的结构和闭环运动过程控制的基础上，将智能交流接触器引入到了采摘机器人机械臂关节伺服电机的反馈控制中，并建立了PID闭环反馈调节回路，有效地提高了机械臂的控制精度。同时，将智能交流接触器以速度控制函数的形式嵌入到了PID控制环节，采用ADMAS和Mat-Lab软件对机械臂的轨迹控制精度进行了测

2、试，并利用MatLab软件计算得到了关节的控制变量，以Spline形式将变量导入到了ADMAS中对机械臂两关节进行控制。通过仿真得到了机械臂关节的输入和输出位移随时间变化曲线和机械臂末端的运动结果，结果表明:输入和输出的位移基本吻合，并且机械臂末端可以按照预定的圆环轨迹运动，从而验证了智能交流接触器PID控制的控制精度。关键词:采摘机器人;机械臂;交流接触器;闭环运动中图分类号:S225;TP242文献标识码:A文章编号:1003－188X(2017)06－0209－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2017.

3、06.041压闭环工作，接触器实现恒压工作;当伺服电机输出0引言的电压小于设定电压阈值时，电流闭环工作，接触器目前，速度检测装置一般为速度传感器，且多为实现恒流工作。其工作原理如图1所示。角速度传感器。线速度传感器由于其测量精度较低、检测范围小等因素未能得到广泛应用;而应用较多的涡流位移传感器量程较小，结构复杂，无法在采摘机器人机械臂的关节伺服电机接触器上应用。充分考虑接触器的结构和闭环运动过程控制的影响，将智能交流接触器引入到了采摘机器人机械臂关节伺服电机的反馈控制中，该检测装置基于电磁感应原理，可以根据线圈中感应电动势大小计算

4、出衔铁的运动速度;而衔铁可以嵌入到机械臂材料中，实现了机械臂伺服电机的闭环反馈控制，对于微机电技术在采摘机器人中的应用具有重要的意义。电图1采摘机器人机械臂关节速度检测电路1机械臂关节速度检测电路结构原理Fig．1Speeddetectingcircuitofmechanicalarmjointinpickingrobot采摘机器人的机械臂作为动磁体，主磁路的设计为了实现采摘机器人机械臂关节伺服电机的速包含永磁体，其安放的位置和磁压降需要计算得到，度自主检测，将电力电子技术应用到了电机的闭环反磁路中的感应强度呈现线性变化，气隙磁感

5、应强度基馈调节系统中，并利用电压控制模式及Buck电路实本恒定，其结构如图2所示。现交流接触器的智能控制，从而可以实现接触器的闭永磁体的磁压降变化会对磁链产生较大的影响，环控制，并快速、准确地调节线圈的电流大小。闭环为了降低这种影响，将永磁体安装在静磁极上，这样反馈调节可以实现电压和电流闭环的快速切换，当机永磁极产生的磁压基本恒定，而永磁体的等效磁动势械臂关节伺服电机输出的电流小于设定电流阈值时，和磁导率为Vc=Hchap收稿日期:2016－03－03基金项目:河南省科技攻关项目(152102410036)μrμ0Amε0=(1)

6、作者简介:王臻卓(1985－)，女，河南南阳人，讲师，硕士。hap通讯作者:范乐(1985－)，女，河南南阳人，讲师，硕士，(E－mail)57yfl@sina．com。其中，hap为永磁体的磁化方向的长度;Hc为永磁·209·2017年6月农机化研究第6期体磁感应的矫顽力;μr和μ0分别为静磁体和永磁体的生纠正脉冲，实现马达的正向和反向转动。通过反馈磁导率;Am为动磁极的横截面积。结合永磁体的等效调节，可以使齿轮组的输出位置和预期的期望值相磁动势和磁导率对检测装置进行了尺寸优化，主要包符，使纠正脉冲的值趋向于0，实现了马达的准确

7、定括动磁极的铁芯尺寸、静磁极的截面积、静磁极的铁位。为了实现微伺服马达的线性控制，采用PID控制芯长度、动静磁极的气隙长度和测量线圈的匝数。参器，其结构如图5所示。数优化提高了速度检测装置的灵敏度和测量精度。图4微型伺服马达工作原理图Fig．4Workingprinciplediagramofmicroservomotor图5PID控制器结构Fig．5PIDcontrollerstructure图2机械臂关节速度检测装置优化结构图Fig．2Optimizationstructureofspeeddetectiondeviceof采

8、摘机器人机械臂关节伺服电机闭环回路主要运mechanicalarmjoint用PID控制器进行调节，其控制方程为qe(x)－e(x－1)2采摘机器人关节控制马达结构和原理u(x)=kpe(x)+kpki∑e(i)T+kpkdi=0T采摘机器人机械臂