六自由度机械臂控制系统设计.pdf

哈尔滨工程大学
硕士学位论文
六自由度机械臂控制系统设计
姓名:李磊
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:朱齐丹
20070301
摘要六自由度检修机器臂属于特种作业机器人,主要负责蒸汽发生器中传热管涡流检查、传热管超声检查、传热管堵管、水室表面状况的电视检查等,对改善核电站工人的工作条件,提高自动化水平很有意义。本文的工作是围绕某项目进行的,设计一套机械臂控制系统用于蒸汽发生器堵管等各种检修工作。本文主要完成控制系统的硬件设计,控制系统的软件设计及编程等工作。领域的发展现状。并且以美国蛐驼羝⑸骷煨藁当畚T危计了一套控制系统,以实现对蒸汽发生器的检修。其次,本文阐述了六自由度检修机械臂控制系统的硬件电路设计及软件实现。文中详细阐述了伺服控制系统中数字信号处理器捌渫馕У路设计、通讯电路设计和驱动电路设计。对直流β史糯笃鞒S每刂模式特性进行了分析,并对双极模式下电机的电枢电流进行了定性分析。在硬件电路设计完成的基础上,为了完成系统的各项功能,对各轴电机的控制进行了软件设计并编程。其中包括控制算法、角度合成、通信、保护措旌和功能等。并给出了系统实际调试阶段的控制器的设计,软件流程图。最后,给出系统调试过程中出现的软件与硬件的各种问题,进行了详细的分析,并给出了相应的解决办法。针对蒸汽发生器检修机械臂的控制情况及稳定性,提出了下一步应该解决的一些问题。关键词:蒸汽发生器:机械臂;伺服系统;控制算法首先,本文介绍了国外蒸汽发生器检修机械臂的发展状况以及控制系统哈尔滨工程大学硕士学位论文.
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哈尔滨工程大学学位论文原创性声明期:妒‘月下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导已经注明弓玫哪谌萃猓韭畚牟话魏纹渌鋈嘶蚣体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献作者┳:日
第滦髀课题研究背景及意义核电站的核反应堆冷却系统称为一回路系统,其主要功能是把反应堆正常运行时产生的热量传输给蒸汽发生器虺芐,将二回路侧的水加热并转化为驱动汽轮发电机组的饱和蒸汽。蒸汽发生器是一种热交换器,,二回路给水的加热和蒸汽在传热管外侧进行。喂茉诠馨蹇啄谌停与一回路侧管板表面相焊接。一回路水侧封头是分隔为两个水室,每个水室有一个与反应堆冷却系统相连接的接管和一个用于进入检修的人孔。蒸汽发生器是核动力装置运行中发生故障最多的设备之一。蒸汽发生器的故障大多是由于各种腐蚀使传热管或管与管板接头处发生泄漏,从而影响动力装置的安全运行。蒸汽发生器的工作性能及安全可靠性对于整个系统的安全稳定运行是至关重要的。通常,核电站大修时,需对蒸汽发生器进行必要的检修活动。在一回路侧,一般有传热管的涡流检查、传热管超生检查、传热管图蒸汽发生器堵管、水室表面状况的电视检查等等。由于蒸汽发生器内含有大量具有核辐射的物质,大多数的检修活动都是远距离操控进行,当发生泄漏时,不能进行人工修复,所以需要机械臂代替人工修复。例如,一个机器人通过人孔安装于水室内,机器人的前端悬挂不同的检修工具即可实施不同的检修活动。一个半球形封头,与管板相焊接,并由一块隔板哈尔滨工程大学硕士学位论文
检修机器人国外的发展概况的就是一个用于一回路侧检修活动的机器人,有六个关节,六轴联动,形成三维运动轨迹。带动前端所携带工具完成一回路各种检修工作。本文就是围绕自行研制的六关节机械臂的关节控制系统的硬件及软件设计进行的,主要包括控制电路设计、驱动电路设计、通信设计及痮功能等。目前我国还没有产品化的国产检修机器人,这里着重介绍国外的相关机器人的发展概况。根据机器人固定方式的不同,检索了一系列不同类型的检修机器人。印度核动力公司机器人如图所示,它完成于年月,是印度第一台宽频带的涡流检查设备“】。图中是蒸汽发生器和机器人的模型,检修机器人一端固定于人孔的法兰盘上,一端进行作业。蒸汽发生器附近放有一个控制柜,用于存放机器人的控制系统和涡流检查设备。机器人上安装了照相机,可以把具体的工作情况通过数据线传给远方的控制站。该机器人实际上属于魅耍柿亢芮帷F渲辛礁鲎杂啥仁峭耆挚制,由刂破魇迪郑粲谌ū栈罚邮沾釉冻炭刂普痉⒗吹拿罱性图印度核动力公司机器人美国动。哈尔滨工程大学硕士学位论文
股份有限公司推出的检修机器人,如图所示。该机器人的固定方式是将底盘悬挂在水室外面。它有六个旋转关节和一个驱动系统,所有电路,线缆,电机,减速器,编码器都放置在底座里,臂部关节的运动是由底部驱