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随着制造业不断朝着智能制造方向的转型升级,作为工业机器人中上下料用途之一的桁架机器人,目前已成为智能柔性化生产线中不可或缺的重要组成部分。本文将主要采用有限元分析、机电联合仿真以及控制研究与实验相结合的方法对上下料桁架机器人进行研究,主要研究内容如下:首先,针对自动化生产线中上下料桁架机器人的控制要求及工作方式设计了桁架机器人的整体结构。然后基于SolidWorks-Workbench平台对桁架机器人的两种典型工况进行了静力学仿真分析和模态分析,仿真结果表明,其设计的桁架机器人满足强度和刚度要求,并可通过调节机器人的运行速度来使其激振频率尽量远离结构的固有频率而避免发生共振。其次,为了使桁架机器人控制系统达到更好的控制效果,进行了模糊PID控制器的设计,然后基于模糊PID控制算法在MATLAB/Simulink中建立了桁架机器人的控制系统模型,并利用ADAMS虚拟样机技术建立的桁架机器人机械模型与其控制模型进行联立,从而实现桁架机器人的机电联合仿真。其仿真结果表明基于模糊PID控制算法的桁架机器人系统具有良好的运动特性,同时为桁架机器人物理样机控制系统的设计与调试运行奠定了基础。再次,对桁架机器人的整个控制系统采用PLC+HMI的控制架构,根据控制要求,进行了硬件选型设计,然后运用Protel99SE软件进行其电路图设计,从而根据电路图利用汇川PLC编程软件AutoShop对机器人控制系统进行PLC模块化程序设计,同时采用汇川界面编辑软件InoTouch Editor设计了控制系统的人机交互界面,并进行了模拟调试及其离线仿真,验证了设计程序的合理性。最后,实验研究表明,本文设计的桁架机器人系统不仅能够高速高精度(运行速度可达120m/min,重复定位精度达到±0.1mm)的控制机器人的运行,并且能够实时监控机器人的运行状况,充分体现了其控制性能的优越性,达到了预期的控制要求。因此,本文研究建立的整个上下料桁架机器人系统为自动化生产线的应用提供了良好的解决方案。