机械手手爪部位优质毕业设计新版说明书.doc
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1、目 录摘要1引言11.机械手总体方案设计21.1设计要求21.2运动形式选择21.3驱动方法选择41.4总体结构设计52.机械手手部设计62.1结构分析62.2计算分析63.PLC控制系统设计113.1机械手移动工件控制系统控制要求113.2机械手移动工件控制系统PLC选型和资源配置133.3机械手移动工件控制系统PLC程序144.动画制作184.1建立机械手模型184.2制作机械手动画18结束语26致谢26参考文件26附录27摘 要机械手设计包含机械结构设计,检测传感系统设计和控制系统设计等,是机械、电子、检测、控制和计算机技术综合应用。本课题经过对设计要求分析,设计出机械手总体方案,关键叙
2、述了手部结构设计和控制系统硬软件设计,完成了整个系统工作动画设计。实现了机械手基础搬运功效,达成了预期要求,含有一定应用前景。关键词:机械手 PLC 动画引 言伴随世界经济和技术发展,人类活动不停扩大,机器人应用正快速向社会生产和生活各个领域扩展,也从制造领域转向非制造领域,多种多样机器人产品随之出现。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业全部提出了自动化各机器人化要求。伴随机器人产生和大量应用,很多领域,很多单一、反复机械工作由机器人(也称机械手)来完成。工业机器人是一个能进行自动控制、可反复编程,多功效、多自由度、多用途操作机,广泛采取工业机器人,不仅可提升产品质
3、量和产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提升劳动生产率,节省原材料消耗和降低生产成本,有着十分关键意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人广泛应用正在日益改变着人类生产和生活方法。机械手是一个模拟人手动作,并按设定程序来抓取、搬运工件或夹持工具,机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,适适用于可变换生产品种中、小批量自动化生产,广泛应用于自动生产线、自动机上下料、数控设备自动换刀装置中。机械手通常由实施系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成,关键完成移动、转动、抓取等动作。控制系统是机械手指挥系统,它经过控制驱动系统,让实施器根据要求要求进行工作,并检测其正确是否。可编程控制器
4、(PLC)是一个数定运算操作电子系统,它将逻辑运算、次序控制、时序、计数、算术运算等控制程序,用指令形式存放在存放器中,并经过数字式、模拟式输入和输出,控制多种机械或生产过程。和继电器控制线路相比,PLC含有可靠性高、抗干扰能力强;编程简单、使用方便;设计、安装轻易,维护工作量少;功效完善、通用性强;体积小、能耗低等特点。所以,机械手控制系统越平越多由可编程控制器来实现。1.机械手总体方案设计1.1设计要求:1.机械手能够完成从一个工作点取物体旋转一定角度,放到另一个工作点上。2.要求完成手抓结构设计,进行夹紧力计算分析。初值给定以下:工件质量m=0.1kg摩擦系数=0.15重力加速度g=9.
5、8m/s2垂直加速度a=0.3g=2.94m/s2水平加速度a=0.3g=2.94m/s2回转半径r=0.5m角速度3.5rad/s角加速度2.1rad/s2安全系数S=1.45夹角453.要求选择PLC作为控制系统。1.2运动形式选择:依据关键运动参数选择运动形式是结构设计基础。常见机器人运动形式有四种,下面分别叙述其特点,然后确定运动形式。1.直角坐标型机器人 直角坐标型机器人结构简图图1-1所表示,它在x,y,z轴上运动是独立,3个关节全部是移动关节,关节轴线相互垂直,它关键用于生产设备上下料,也可用于高精度装卸和检测和作业。这种形式关键特点是: (1)在三个直线方向上移动,运动轻易想象
6、。 (2)计算比较方便。 (3)因为能够两端支撑,对于给定结构长度,其刚性最大。 (4)要求保留较大移动空间,占用空间较大。 (5)要求有较大平面安装区域。 (6)滑动部件表面密封较困难,轻易被污染。2.圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人结构简图图1-2所表示,R、和x为坐标系三个坐标,其中R是手臂径向长度,是手臂角位置,x是垂直方向上手臂位置。这种形式关键特点是:(1)轻易想象和计算。(2)能够伸入形腔式机器内部。(3)空间定位比较直观。(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。(5)手臂端部能够达成空间受限制,不能抵达靠近立柱或地面空间。3.极坐标型机器人 极坐标型机器人又称为球坐标机
7、器人,其结构图图1-3所表示,R,和为坐标系坐标。其中是绕手臂支撑底座垂直轴转动角,是手臂在铅垂面内摆动角。这种机器人运动所形成轨迹表面是半球面。其特点是: (1)在中心支架周围工作范围较大。 (2)两个转动驱动装置轻易密封。 (3)覆盖工作空间较大。 (4)坐标系较复杂,较难想象和控制。 (5)直线驱动装置仍存在密封问题。 (6)存在工作死区。4.多关节机器人 多关节机器人结构简图图1-4所表示,它是以其各相邻运动部件之间相对角位移作为坐标系。、和为坐标系坐标,其中是绕底座铅垂轴转角,是过底座水平线和第一臂之间夹角,是第二臂相对于第一臂转角。这种机器人手臂能够达成球形体积内绝大部分位置,所能
8、达成区域形状取决于两个臂长度百分比。其特点是:(1)动作较灵活,工作空间大。(2关节驱动处轻易密封防尘。(3)工作条件要求低,可在水下等环境中工作。(4) 适合于电动机驱动。(5)运动难以想象和控制,计算量较大。(6)不适于液压驱动。 图1-1 直角坐标型 图1-2 圆柱坐标型 图1-3 极坐标型 图1-4 多关节型 选择方案准则:1.满足设设计要求:机械手能够旋转一定角度。2.结构简单,便于计算分析。分析比较以上四种运动形式,确定选择圆柱坐标型机器人。1.3驱动方法选择:机器人关节驱动方法有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方法进行分析比较。1.液压驱动机器人驱动系统采取液压驱动,有以
9、下多个优点:(1)液压轻易达成较高压力(常见液压为2.56.3MPa),体积较小,能够取得较大推力或转矩;(2)液压系统介质可压缩性小,工作平稳可靠,并可得到较高位置精度;(3)液压传动中,力、速度和方向比较轻易实现自动控制;(4)液压系统采取油液作介质,含有防锈性和自润滑性能,能够提升机械效率,使用寿命长。液压传动系统不足之处是:(1)油液粘度随温度改变而改变,影响工作性能,高温轻易引发燃爆炸等危险;(2)液体泄漏难于克服,要求液压元件有较高精度和质量,故造价较高;(3)需要对应供油系统,尤其是电液伺服系统要求严格滤油装置,不然会引发故障。液压驱动方法输出力和功率更大,能组成伺服机构,常见于
10、大型机器人关节驱动。2.气压驱动和液压驱动相比,气压驱动特点是:(1)压缩空气粘度小,轻易达成高速;(2)利用工厂集中空气压缩站供气,无须添加动力设备;(3)空气介质对环境无污染,使用安全,可直接应用于高温作业;(4)气动元件工作压力低,故制造要求也比液压元件低。它不足之处是:(1)压缩空气常见压力为0.40.6MPa,若要取得较大力,其结构就要相对增大;(2)空气压缩性大,工作平稳性差,速度控制困难,要达成正确位置控制很困难;(3)压缩空气除水问题是一个很关键问题,处理不妥会使钢类零件生锈,造成机器人失灵。另外,排气还会造成噪声污染。气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和次序控制机器人。
11、3.电动机驱动电动机驱动可分为一般交、直流电动机驱动,交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。 一般交、直流电动机驱动需加减速装置,输出力矩大,但控制性能差,惯性大,适适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进输出力矩相对小,控制性能好,可实现速度和位置正确控制,适适用于中小型机器人。交、直伺服电动机通常见于闭环控制系统,而步进电动机则关键用于开环控制系统,通常见于速度和位置精度要求不高场所。本课题设计机械手特点:1.点位控制进行搬运工作,采取次序控制方法。2.负载小,精度要求不高。3.要求成本低。依据以上特点,确定选择气压驱动。1.4总体结构设计依据圆柱坐标型运动方法和气压驱动方法选定,对机械
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