气动机械手设计项目说明指导书.docx
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1、目录气动机械手及继电器控制系统设计3第一章 绪论41.1 气动机械手概述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课题的提出及主要任务7第2章 继电器硬件系统设计82.1系统分析82.2方案确定92.3元器件介绍9第三章 软件系统设计143.1控制方案的确定143.2工作过程17第四章 调试过程19第五章 设计总结23第六章附图256.1三维零件图:256.2三维装配图:26第七章 参考文献28气动机械手及继电器控制系统设计第一章 绪论1.1 气动机械手概述气动机械手由操作机(机械本体)、控制器、驱动系统和检测传感装置组成,是一个仿人操作、自动控制、可
2、反复编程、能在三维空间完成多种作业机电一体化设备。尤其适合于多品种、变批量柔性生产。它对稳定、提升产品质量,提升生产效率,改善劳动条件和产品快速更新换代起着十分关键作用。机械手是模拟着人手部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手能够提升生产自动化水平和劳动生产率:能够减轻劳动强度、确保产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中,它替换人进行正常工作,意义更为重大。所以,在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配和轻工业、交通运输业等方面得到
3、越来越广泛引用.机械手结构形式开始比较简单,专用性较强,仅为某台机床上下料装置,是隶属于该机床专用机械手。伴随工业技术发展,制成了能够独立按程序控制实现反复操作,适用范围比较广“程序控制通用机械手”,简称通用机械手。因为通用机械手能很快改变工作程序,适应性较强,所以它在不停变换生产品种中小批量生产中取得广泛引用。1.2 机械手组成和分类1.2.1机械手组成机械手关键由实施机构、驱动系统、控制系统和位置检测装置等所组成。各系统相互之间关系如方框图1-1所表示。图1-1机械手组成方框图1.2.2机械手分类工业机械手种类很多,相关分类问题,现在在中国尚无统一分类标准,在此暂按使用驱动方法进行分类。按
4、驱动方法分1、液压传动机械手是以液压压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是:抓重可达几百千克以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格,不然油泄漏对机械手工作性能有很大影响,且不宜在高温、低温下工作。若机械手采取电液伺服驱动系统,可实现连续轨迹控制,使机械手通用性扩大,不过电液伺服阀制造精度高,油液过滤要求严格,成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是:介质李源极为方便,输出力小,气动动作快速,结构简单,成本低。不过,因为空气含有可压缩特征,工作速度稳定性较差,冲击大,而且气源压力较低,抓重通常在30千克以下,在一样抓重条件下它比液压机
5、械手结构大,所以适适用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动机械手。它是一个隶属于工作主机专用机械手,其动力是由工作机械传输。它关键特点是运动正确可靠,用于工作主机上、下料。动作频率大,但结构较大,动作程序不可变。4、电力传动机械手即有特殊结构感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动实施机构运动械手,因为不需要中间转换机构,故机械结构简单。其中直线电机机械手运动速度快和行程长,维护和使用方便。这类机械手现在还不多,但有发展前途。1.3课题提出及关键任务本课题拟使用继电器设计控制电路,采取气压传动,经过控制四个电
6、磁阀线圈得失电,进而切换压缩空气进出气缸方向,实现多个不一样动作。本课题将要完成关键任务以下:(1) 进行气动机械手总体研究,并进行整体运动方法设计,提出不一样控制方案,并综合各方面要求选择最优方案;(2) 进行气动机械手气路设计,绘制电气原理图; (3) 设计继电器控制线路,绘制控制系统原理图;(4) 依据控制原理图和电气原理图进行现场调试,对调试中出现问题认真分析,多方咨询研究,并进行具体统计。第2章 继电器硬件系统设计2.1系统分析该机械手有四个实施元件,可分别实施不一样动作,气缸A能够实现机械手正反转,气缸B能够实现机械手立柱上升下降运动,气缸D能够实现机械手手臂伸缩运动,气动手爪C能
7、够实现抓料和松料动作。我们要经过控制这四个实施元件运动,实现搬运工件目标。依次要实现动作过程是:立柱反转手臂伸出立柱上升加紧工件手臂缩回立柱下降立柱正传手臂伸出松开工件手臂缩回。想要依次完成这多个动作,必需协调四个气缸气流换向,且每次只需一个气缸换向。图2.1 气动机械手系统原理图2.2方案确定方案一:经过多个电磁换向阀之间配合,利用X-D线图法设计气动机械手气动回路。方案二:利用四个电磁换向阀控制四个气缸换向,利用交流继电器KM和中间继电器KA和时间继电器KT设计控制电路来控制四个电磁换向阀依次换向以达成十个动作依次完成。 依据试验室电磁换向阀数量有限而继电器数量足够考虑,选择方案二进行系统
8、设计。2.3元器件介绍 (1)时间继电器KT: 关键功效:时间继电器关键功效是作为简单程序控制中一个实施器件,当它接收了开启信号后开始计时,计时结束后它工作触头进行开或合动作,从而推进后续电路工作。通常来说,时间继电器延时性能在设计范围内是能够调整,从而方便调整它延时时间长短。单凭一只时间继电器恐怕不能做到开始延时闭合,闭合一段时间后,再断开,先实现延时闭合后延时断开,但总体上说,经过配置一定数量时间继电器和中间继电器全部是能够做到。 使用环境:时间继电器作为自动控制器件应用较广泛,尤其是在包含低压电器控制网络中有较多电器设备环境中使用时电磁干扰问题更趋于严重。组成时间继电器内部元器件损坏这时
9、已不是引发时间继电器故障(失效)关键原因,而在于应用场所中多种干扰经过电磁耦合、电容耦合直接进入时间继电器,干扰其正常延时控制。时间继电器在此干扰环境下能否正常工作往往会影响到整个自动控制系统正常逻辑功效,甚至还可能造成大质量事故和经济损失。所以时间继电器在多种恶劣环境全部应有较高可靠性和抗干扰能力,也就是说时间继电器必需有良好电磁兼容性能,只有这么才能完善其产品质量,提升本身市场竞争能力。 接线方法:时间继电器电气控制系统中是一个很关键元器件。通常分为通电延时和断电延时两种类型。 从动作原理上有电子式、机械式等。电子式是采取电容充放电再配合电子元件原理来实现延时动作。机械式样式较多,有利用气
10、囊、弹簧气囊式。 工作原理:计时无效期间,相当于日常电灯开关断开状态。有效时,继电器动作,用电器得电工作,相当于日常电灯开关接通状态。此次使用是温州沪瓯电气所生产数显型时间继电器,专利编号为9705 7.含有调时方便,延时正确等优点。(2)电磁换向阀 电磁阀(Electromagnetic valve)是用电磁控制工业设备,是用来控制流体自动化基础元件,属于实施器,并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质方向、流量、速度和其它参数。电磁阀能够配合不一样电路来实现预期控制,而控制精度和灵活性全部能够确保。电磁阀有很多个,不一样电磁阀在控制系统不一样位置发挥作用,最常见是单向阀、安全阀、方向
11、控制阀、速度调整阀等。 工作原理:电磁阀里有密闭腔,在不一样位置开 有通孔,每个孔连接不一样油管,腔中间是活塞,两面是两块电磁铁,哪面磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,经过控制阀体移动来开启或关闭不一样排油孔,而进油孔是常开,液压油就会进入不一样排油管,然后经过油压力来推进油缸活塞,活塞又带动活塞杆,活塞杆带动机械装置。这么经过控制电磁铁电流通断就控制了机械运动。关键特点:1、外漏堵绝,内漏易控,使用安全;2、系统简单,便接电脑,价格低廉 3、 动作快递,功率微小,外形轻巧 4、调整精度受限,适用介质受限 5、型号多样,用途广泛此次设计采取是编号为SY5120-5DZ-01电磁换向阀。(3)气
12、动三联件在气动技术中,将空气过滤器、减压阀和油雾器三种气源处理元件组装在一起称为气动三联件,用以进入气动仪表之气源净化过滤和减压至仪表供给额定气源压力,相当于电路中电源变压器功效。特点: 空气过滤减压阀设计轻小,安装方便,所以,它和气动变送器,气动调整器等产品安装在一起配套使用。若将空气过滤器减压阀设计成一个整体,成为二联件。气源处理三联件包含空气减压阀、过滤器、油雾器三大件,减压阀可对气源进行稳压,使气源处于恒定状态,可减小因气源气压突变时对阀门或实施器等硬件损伤。过滤器用于对气源清洁,可过滤压缩空气中水份,避免水份随气体进入装置。油雾器可对机体运动部件进行润滑,能够对不方便加润滑油部件进行
13、润滑,大大延长机体使用寿命。注意事项1、部分零件使用PC材质,严禁靠近或在有机剂环境中使用。PC杯清洗请用中性清洗剂。2、使用压力请勿超出其使用范围。3、当出口风量显著降低时,应立即更换滤芯。此次设计采取是编号为AF2D-01型气动三联件。第三章 软件系统设计3.1控制方案确实定基于前面硬件系统设计,选择两个时间继电器KT1和KT2,分别控制机械手夹紧工件和松开工件时间。依据现场测试结果,KT1和KT2定时时间均设置为5S。经过数次测试修改,我们最终确定电气控制原理图图3.1所表示,气动原理图图3.2所表示,动作次序图图3.3所表示。其元器件功效以下:SB1停止按钮,SB2开启按钮,SQ1立柱
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