2022年三自由机械手的结构设计.docx
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1、精品学习资源三自由度机械手的结构设计摘要本文简要介绍了机械手的概念,机械手的组成和分类,国内外的进展状况及进展前景;本文对机械手进行总体方案设计,结合生产实际及理论确定了机械手的结构及动作过程,坐标型式和自由度数,并列出了机械手的技术参数;设计出了机械手的驱动方案、掌握方案,在进行掌握方案的选取时进行了不同方案的优缺点的对比,最终确定了具体的掌握方案;在进行机械手掌握器件的选取时,对掌握器件挑选进行了具体的分析,如对步进电机参数的具体选取;最终介绍了利用可编程序掌握器对机械手进行掌握,同时表达了可编程序掌握器选取原就及工作过程,并绘制出了可编程序掌握器外部接线图;在用可编程序掌握器掌握时分为手
2、动和自动两种工作方式,并绘制了自动工作方式的次序功能图;关键词 机械手的概念,机械手掌握器件,可编程序掌握器(PLC)ThREE DEGREESOF FREEDOM MANIPULATORDESIGN ABSTRACTThis paper introduces the concept of robot, robot the composition and classification of domestic and international developments and prospects.Inthispaper,anoverallrobotdesign,combinedwithprod
3、uction practiceand theoryto determinethe structureof the manipulatorand the actionprocess,coordinatetypesanddegreesoffreedom,andliststhe technical parameters of the manipulator.Designedamanipulator-drivenprogram,controlprogram,control programduringtheselectionofdifferentoptionswhencomparingthe advan
4、tagesand disadvantages,and finallydeterminethespecificcontrol program.Manipulatorcontroldeviceduringtheselection,thecontrol device on a detailed analysis of options, such as the specific selection stepmotorparameters.Finally,theuse ofprogrammablelogiccontrollerto欢迎下载精品学习资源controlthemanipulator,takin
5、gaccountofthepri nciplesofPLCand processof selection,and drawsout the externalwiringdiagramofPLC. ProgrammableLogicControllerin use when the workis dividedintotwo kindsofmanualand automaticmode,and the mappingoftheautomatic work order function map.KEYWORDSThe conceptofrobot,robotcontroldevices,progr
6、ammable logic controller目录中文摘要1英文摘要2一、引言1.1 简要介绍机械手的概念41.2 机械手的组成和分类51.2.1机械手的组成51.2.2机械手的分类51.3国内外发展状欢迎下载精品学习资源况6二 、 三 轴 自由 度机 械手 的结 构及 动 作 过程72.1 机械手的结构72.2 机 械手的动作过程82.3 机 械手的驱动方案设计92.4 机 械手的控制方案设计92.5 机械手的座标型式与自由度102.6 机 械手的技术参数列表11三 、 控 制器件选型113.1 步 进 电 机 及其驱动器挑选113.2 直流电机及其驱动器挑选123.3 旋转编码器的选择1
7、4四 、 机 械手的PLC控制设计155.1 可编程序掌握器的挑选155.2 可 编程序控制器的工作过程16总结19致谢20参 考文献20附录21欢迎下载精品学习资源一、引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快,人们对生产效率也不断提出新要求;由于微电子技术和运算软、硬件技术的迅猛进展和现代掌握理论的不断完善,使机械手技术快速进展,其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、修理便利和系统安全牢靠等特欢迎下载精品学习资源点,已渗透到工业领域的各个部门,在工业进展中占有重要位置;本文表达 的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成;主要作
8、用是完成机械部件的搬运工作,能放置在各种不同的生产线或物流流水线中,使零件搬运、货物运输更快捷、便利;随着工业自动化程度的提高,机械手的应用领域越来越广;机械手能模拟人的手臂的部分动作,按预定的程序、轨迹及其它要求,实现抓取、搬运工件或操纵工具;机械手可以代替很多重复性的体力劳动,从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率;1.1 机械手概述机械手也被称为自动手能仿照人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置;它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以爱护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门;随着工业机械化和自动
9、化的进展以及气动技术自身的一些优点,气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业;机械手实例欢迎下载精品学习资源1.2 机械手的组成和分类1.2.1 机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和掌握系统三大部分组成;手部是用来抓持工件(或工具)的部件,依据被抓持物件的外形、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等;运动机构,使手部完成各种转动(摇摆)、移动或复合运动来实现规定的动作,转变被抓持物件的位置和姿态;运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度;为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6 个自由度;自由度是机械手设计的关键参数;自由度越多,机
10、械手的敏捷性越大,通用性越广,其结构也越复杂;一般专用机械手有2 3 个自由度;1.2.2 机械手的分类机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范畴可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹掌握方式可分为点位掌握和连续轨迹掌握机械手等;机械手一般分为三类:第一类是不需要人工操作的通用机械手;它是一种独立的不附属于某一主机的装 置;它可以依据任务的需要编制程序,以完成各项规定的操作;它的特点是具备一般机械的性能之外,仍具备通用机械、记忆智能的三元机械;其次类是需要人工才做的,称为操作机;它起源于原子、军事工业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来进展到用无线电
11、讯号操作机来进行探测月球等;工业中采纳的锻造操作机也属于这一范畴;第三类是用专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上,用以解决机床上下料和工件送;这种机械手在国外称为“ Mechanical Hand”,它是为主机服务的,由主机驱动;除少数以外,工作程序一般是固定的,因此是专用的;在国外,目前主要是搞第一类通用机械手,国外称为机器人1.3 国内外进展状况机械手第一是从美国开头研制的;1958 年美国联合掌握公司研制出第一台机械手;它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,掌握系统是示教形的;欢迎下载精品学习资源1962 年,美国联合掌握公司在上述方案的基础上又试制成一台
12、数控示教再现型机械手;商名为Unimate (即万能自动);运动系统仿照坦克炮塔, 臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;掌握系统用磁鼓作为储备装置;不少球坐标通用机械手就是在这个基础上进展起来的;同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司, 特地生产工业机械手;1962 年美国机械制造公司也试验胜利一种叫Vewrsatran机械手;该机械手的中心立柱可以回转、升降采纳液压驱动掌握系统也是示教再现型;虽然这两种机械手显现在六十岁月初,但都是国外工业机械手进展的基础;1978 年美国 Unimate公司和斯坦福高校,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子运算
13、机进行掌握,用于装配作业,定位误差小于1 毫 M;联邦德国机械制造业是从1970 年开头应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业;联邦德国 KnKa 公司仍生产一种点焊机械手,采纳关节式结构和程序控制;日本是工业机械手进展最快、应用最多的国家;自1969 年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的讨论;前苏联自六十岁月开头进展应用机械手,至 1977 年底,其中一半是国产,一半是进口;目前,工业机械手大部分仍属于第一代,主要依靠工人进行掌握;改进 的方向主要是降低成本和提高精度;其次代机械手正在加紧研制;它设有微 型电子运算掌握系统,具有视觉、触觉才能,甚至听、想的才能;讨论安装
14、各种传感器,把感觉到的信息反馈,是机械手具有感觉机能;第三代机械手 就能独立完成工作中过程中的任务;它与电子运算机和电视设备保持联系, 并逐步进展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环;一般简况国内机械行业应用的机械手绝大部分为专用机械手, 附属于某一设备 , 其工作程序是固定的;通用机械手也有进展, 目前应用的都是开关式点位掌握型 , 伺服型已试制出数台在调试中, 连续轨迹掌握型仍没有;掌握方式有触点固定程序掌握占绝大多数, 专用机械手多采纳这种掌握二、三轴联动简易机械手的结构及动作过程2.1 机械手的结构机械手结构如下图1 所示,有气控机械手1 、XY 轴丝杠组 2 、转盘
15、机构 3 、旋转基座 4 等组成;欢迎下载精品学习资源其运动掌握方式为:三自由度机械手为圆柱坐标型;图1 为机械手结构示意图, 1 气控机械手 有光电传感器确定起始0 点 ; 2机械手手臂的左右运动(左右方向)由步进电机驱动丝杠组件完成,上下运动 垂直方向 由升降步进电机掌握;3逆时针和顺时针旋转运动可由回旋360的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转 其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成 ; 4旋转基座主要支撑以上3 部分; 5 机械手的夹紧装置采纳关节结构,气控机械手的张合由气压掌握压驱动,并由电磁阀掌握 充气时机械手抓紧,放气时机械手松开 ;机械 手可以 根 据设 定程
16、序 的动作 将工件 从 A 处搬运到 B 处 ;SQ1, SQ2, SQ5, SQ6 为水平和垂直方向上的限位开关,SQ3, SQ4 为原点位置和终点位置的光接近开关;如图2.1所示;2.2 机械手的动作过程其工作过程为:当货物到达时,机械手系统开头动作步进电机驱动纵轴上升,另一个步进电机驱动横轴开头向前走;转盘直流电机转动使机械手整体运动,转到货物接收处;步进电机再次驱动纵轴下降,到达指定位置后气欢迎下载精品学习资源阀 放 气 , 机 械 手 松 开 货 物 ; 系 统 回 位 准 备 下 一 次 动 作 ;欢迎下载精品学习资源2.3 机械手的驱动方案设计图 2.1欢迎下载精品学习资源驱动机
17、构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置;依据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类;本文设计的三自由度机械手属于混合式机械手,它综合了电动式和气动式机械手的优点,既节约了行程开关和 PLC 的 I O端口,又达到了简便操作和精确定位的目的;2.4 机械手的掌握方案设计目 前 , 对 机 械 手 的 控 制 可 采 用 以 下 几 种 方 式 1 : 1 )用 继电 器控 制, 这种控 制系 统故 障率 高、控 制方 式不 敏捷 且功率 消耗大 , 已 逐 渐 被 人 们 所 淘 汰 ; 2 )用微机掌握,
18、虽然它在智能掌握方面有较强大的功能,但它的抗干扰性差,系统设计较复杂,一般修理人员难以把握其修理技术,广泛应用也不太容易;欢迎下载精品学习资源3 )掌握,此掌握系统具有运行牢靠、使用修理便利、抗干扰性强、能经受恶劣环境的考查等优越性,已经成为在机械手掌握系统中使用最多的掌握方式;三自由度机械手系统设置了手动工作方式和自动工作方式;自动方式又分为自动回原点、单步、单周期、连续四种工作方式;2.5 机械手的座标型式与自由度常见的工业机械手依据手臂的动作外形, 按坐标形式大致可以分为以下4种: 1直角坐标型机械手;2 圆柱坐标型机械手; 3球坐标 极坐标 型机械手; 4多关节型机机械手;其中圆柱坐标
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- 2022 自由 机械手 结构设计
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