基于極組堆疊過程機(jī)械手設(shè)計(jì)-三自由度圓柱坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手含6張CAD圖
基于極組堆疊過程機(jī)械手設(shè)計(jì)-三自由度圓柱坐標(biāo)工業(yè)機(jī)械手含6張CAD圖,基于,堆疊,重疊,過程,進(jìn)程,機(jī)械手,設(shè)計(jì),自由度,圓柱,坐標(biāo),工業(yè),cad
XX設(shè)計(jì)（XX）
題 目： 基于極組堆疊過程機(jī)械手設(shè)計(jì)
英文題目： Manipulator Design Based on Pole Group
Stacking process
學(xué) 院：
專 業(yè)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
20XX年 5 月 10日
摘要：論文本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、效率高的原則，立足于對(duì)極組堆疊過程機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研制，完成的基本工作如下：通過對(duì)極組堆疊包膠設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行工藝性分析，來料極組分析，托盤結(jié)構(gòu)工藝分析，物流線布局的分析，明確極組的生產(chǎn)批量，為裝置關(guān)鍵部件和試驗(yàn)研究等層面提供了性能依據(jù)，主要設(shè)計(jì)包括機(jī)械手的致動(dòng)器，包括手，腕，臂和其他組件，在PLC程序的控制下，機(jī)械手可根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的順序以一定的速度和時(shí)間執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部件的要求從而保證滿足工藝技術(shù)的要求。
關(guān)鍵字：機(jī)械手 致動(dòng)器 軌跡
II
Abstract:The text is based on the principles of material saving, low cost, safety, simplicity, and high efficiency. Based on the design and development of the manipulator mechanism of the pole group stacking process, the basic work completed is as follows: Through the design requirements of the pole group stacking and encapsulation equipment, and Perform technical analysis, incoming pole group analysis, pallet structure process analysis, logistics line layout analysis, clarify the production batch of the pole group, provide performance basis for the key components of the device and experimental research, etc. The main design includes the activation of the manipulator Under the control of PLC program, the manipulator can execute the requirements of the corresponding parts of the actuator at a certain speed and time according to the sequence of the motion trajectory under the control of the PLC program to ensure that it meets the requirements of process technology.
Key words: Manipulator Actuator Track
III
目錄
1 緒 論 1
1.1 背景 1
1.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求 1
1.3 研究主要方法 1
1.4 機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù) 2
1.5 機(jī)械手的組成和系統(tǒng)工作原理 2
2 總體方案設(shè)計(jì) 3
2.1上料的機(jī)械手設(shè)計(jì) 3
2.2機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
2.2.1機(jī)械人手臂腰座設(shè)計(jì)要求 3
2.2.2設(shè)計(jì)具體采用方案 3
2.3 機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 4
2.3.1設(shè)計(jì)具體采用方案 4
2.4 機(jī)械手末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
2.4.1 機(jī)器人夾持器的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式 5
2.5.2 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 6
3.2.2 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 11
3.2.3 臂部升降運(yùn)動(dòng) 11
3.2.4 臂部升降油缸的計(jì)算 13
4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
4.1 可編程序控制器的選擇及工作過程 14
4.2 可編程序控制器的使用步驟 14
4.3 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 14
4.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 15
4.3.2 取料機(jī)械手的工作流程 15
總 結(jié) 17
參考文獻(xiàn) 18
致 謝 19
ii
1 緒 論
1.1 背景
本課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐，課題靈感來自青島力神新能源有限公司裝配車間的一段工序，針對(duì)疊片車間來料進(jìn)行堆疊及包膠的過程，采用新的設(shè)計(jì)思路，減少人力物力，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)原理，進(jìn)行創(chuàng)新改造,依據(jù)現(xiàn)目前機(jī)械手在先前的制造技術(shù)領(lǐng)域中重要地位，這是一個(gè)通過先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)施。它可以執(zhí)行自動(dòng)位置控制和重新排序過程。它具有多個(gè)自由度，可以用于：電子設(shè)備，控件，計(jì)算機(jī)，傳感器，人工智能等的綜合性現(xiàn)有技術(shù)，在運(yùn)用PLC程序的控制下，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的順序以一定的速度和時(shí)間執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部件的要求，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以一定的速度到達(dá)設(shè)定位置。從而達(dá)到取料的目的。
1.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求
本主題中要完成的主要任務(wù)如下：
（1）機(jī)械手是通用機(jī)械手，因此比專用機(jī)械手具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
（2）選擇機(jī)器人的坐標(biāo)類型和自由度。
（3）設(shè)計(jì)機(jī)械手的致動(dòng)器，包括手，腕，臂和其他組件的設(shè)計(jì)。為了使它更具通用性，手被設(shè)計(jì)為可替換的結(jié)構(gòu)，不僅可以用于抓握手指以抓取電池工件，還可以在工業(yè)需要時(shí)用于負(fù)壓吸盤來抽吸片狀工件。
（4）氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；將設(shè)計(jì)機(jī)器人的氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)以及氣動(dòng)原理圖。
（5）機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；自動(dòng)取料機(jī)械手使用可編程邏輯控制器來控制機(jī)械裝置的動(dòng)作。
1.3 研究主要方法
機(jī)械手的主要基本工作原理為：機(jī)械裝置主要由執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)裝置組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣動(dòng)傳動(dòng)來滿足執(zhí)行器相應(yīng)零件的要求。這些部分具有順序，運(yùn)動(dòng)軌跡以及一定的速度和時(shí)間，使機(jī)械手以一定的精度到達(dá)設(shè)定位置，為了使其能夠研究出來，方法的運(yùn)用具有很重要的作用，以下介紹幾種設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用的一些方法。
文獻(xiàn)研究法：根據(jù)研究主題，通過搜索文檔獲取技術(shù)數(shù)據(jù)，通過以往的研究成果分析出最佳技術(shù)方案。
定量分析法：根據(jù)調(diào)查結(jié)果制定出技術(shù)攻關(guān)，依據(jù)工作原理制定出力學(xué)或者材料學(xué)分析論證。
模擬法：通過使用3D建模平臺(tái)組裝零件，創(chuàng)建類似的模型，然后用于研究機(jī)械模型的一些基本特征。
1.4 機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)
1、機(jī)械手工作質(zhì)量 1 kg
2、自由度數(shù) 3個(gè)自由度
3、座標(biāo)型式 圓柱座標(biāo)
4、最大工作半徑 1500mm
5、手臂最大中心高 1300mm
6、手指夾持范圍 工料: 200×60×50mm
7、驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng)
8、控制方式 PLC控制
1.5 機(jī)械手的組成和系統(tǒng)工作原理
工作原理框圖（機(jī)械手的系統(tǒng)）
如圖1.1所示：
圖1.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖
16
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1上料的機(jī)械手設(shè)計(jì)
對(duì)于機(jī)械手的基本要求是可以快速的進(jìn)行作業(yè)，這就要求它要有更高的精度，并且有足夠的靈活度，有大量的工作空間，有一定的剛度和強(qiáng)度。而且可以輕松的編寫程序來寫出程序來控制機(jī)械手如圖2.1所示為整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2.1 機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)
2.2機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1機(jī)械人手臂腰座設(shè)計(jì)要求
機(jī)械人手臂腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求應(yīng)該滿足以下條件：
(1) 后座有一個(gè)足夠大固定結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)器人在工作時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(2) 后座承擔(dān)全部重量和負(fù)載，因此，與基體的軸承結(jié)構(gòu)和腰部具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保它的承載能力。
(3) 機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)接頭，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作的準(zhǔn)確性的影響最大，因此，要特別注意對(duì)這個(gè)部位進(jìn)行更加精密的設(shè)計(jì)。
2.2.2設(shè)計(jì)具體采用方案
通過擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)，目前的趨勢(shì)是使用這個(gè)。由于其精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，并且由電氣控制，無需設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)等輔助設(shè)備。考慮第一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭,腰座是影響機(jī)器人操作的最大因素，并且這個(gè)部位采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一般不能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),考慮到特定需求的速度和轉(zhuǎn)矩,采用大型齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
圖2.2 腰座具體結(jié)
2.3 機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求
機(jī)器人腕部安裝在機(jī)器人手臂上,設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕時(shí)，應(yīng)努力減輕其重量和體積，并且其結(jié)構(gòu)緊湊,為了減輕機(jī)器人手腕的重量，驅(qū)動(dòng)了手腕機(jī)構(gòu)的分離,一般安裝在手臂上，腕部驅(qū)動(dòng)器不使用直接驅(qū)動(dòng)，而選擇高強(qiáng)度鋁合金，機(jī)器人腕部必須連接到末端執(zhí)行器上，因此，必須有標(biāo)準(zhǔn)的連接法蘭，結(jié)構(gòu)應(yīng)易于裝載 然后卸載；它必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保傳遞力和運(yùn)動(dòng)；必須提供可靠的傳輸間隙調(diào)整機(jī)制以提高傳輸精度。
2.3.1設(shè)計(jì)具體采用方案
通過數(shù)控機(jī)床的裝載作業(yè)的詳細(xì)分析，并考慮到數(shù)控機(jī)床的特定形式的具體要求和機(jī)器人裝載操作，會(huì)議系統(tǒng)技術(shù)的需求，以提高安全性和可靠性的前提下，那么機(jī)器人手結(jié)構(gòu)盡可能地簡(jiǎn)單，減少控制的難度，這樣的設(shè)計(jì)不會(huì)增加手腕的自由度,實(shí)踐證明它是完全可以滿足的要求，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器下運(yùn)動(dòng)。特定的手指結(jié)構(gòu)如圖
圖2.5 車床上料機(jī)械手手
2.4 機(jī)械手末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.4.1 機(jī)器人夾持器的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式
該機(jī)器人抓取和夾持器的機(jī)器，一般工業(yè)機(jī)械爪，爪根據(jù)手指的運(yùn)動(dòng),可以分為運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換類型,根據(jù)夾緊方式,外夾式和內(nèi)型兩種，機(jī)器人夾持(爪子)有三個(gè)主要類型的駕駛方式：
（1）該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式是使用電磁閥來控制的運(yùn)動(dòng)方向爪,與空氣調(diào)節(jié)器調(diào)整速度。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),價(jià)格低所以氣動(dòng)夾具是在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。此外,由于氣體的可壓縮性,迅速開始爪抓住運(yùn)動(dòng)具有一定的靈活性,這是把握行動(dòng)是必要的。
（2）電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)爪更廣泛的應(yīng)用。爪，一般的直流伺服或步進(jìn)電機(jī)，減速機(jī),需要足夠的動(dòng)力和力矩。
（3）液壓傳動(dòng)傳動(dòng)剛度大的液壓傳動(dòng)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的位置控制。
2.4.2 機(jī)器人夾持器的典型結(jié)構(gòu)
1。楔塊杠桿式手爪
使用楔和杠桿實(shí)現(xiàn)爪抓取工件。
2。槽式夾具
當(dāng)活塞向前，推針夾緊槽合并，從而產(chǎn)生夾緊作用和夾緊力，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)，夾爪松脫。鉗子打開和關(guān)閉行程大,適應(yīng)不同大小的現(xiàn)象。
3。連桿杠桿爪子
在推力活塞時(shí)，連桿和桿夾（放松）的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)控制桿可能會(huì)產(chǎn)生更大的夾緊力。通常與溫度有關(guān)。
4。齒輪齒條式爪
鉗子的活塞移動(dòng)架、機(jī)架和齒輪旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生夾緊和放松的行為。
5。平行夾桿
在平行四邊形機(jī)構(gòu)，以確保這兩個(gè)手指爪可以平行運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)軌平行移動(dòng)的摩擦要小得多。
2.4.3 設(shè)計(jì)具體采用方案
結(jié)合具體情況,設(shè)計(jì)采用連桿杠桿式的手爪。本設(shè)計(jì)根據(jù)工件的直徑是80 - 130毫米，夾具的具體結(jié)構(gòu)如圖2.6所示:
圖2.6 手爪的具體結(jié)構(gòu)
2.5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.5.1 設(shè)計(jì)具體采用方案
具體到本設(shè)計(jì)中，因?yàn)槭褂昧藱C(jī)器人臂在水平方向和垂直液壓缸中，由于液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。因此，沒有中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了精度。腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須用來減緩并增加扭矩。通過分析和比較，選擇圓柱齒輪，以確保高精確度，盡可能減小齒輪傳動(dòng)誤差，而大大提高了轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低電機(jī)的速度，保持流暢的機(jī)器人的移動(dòng)，良好的動(dòng)態(tài)性能。所以要使用高強(qiáng)度材料的齒輪。
2.5.2 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)器人壓縮空氣為動(dòng)力源，如各類機(jī)器人和伺服馬達(dá)和伺服驅(qū)動(dòng)器的快速發(fā)展，為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更新創(chuàng)造條件。由于高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大扭矩、低慣性的交流和直流電機(jī)的應(yīng)用，機(jī)器人的動(dòng)力問題得到解決,所以一般來說,重量在100公斤的工業(yè)機(jī)器人的使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
1.機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選擇
根據(jù)機(jī)器人目的，用途，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇更加多樣化，結(jié)合各種馬達(dá)，性能，結(jié)構(gòu)特征和具有成本效益的要綜合考慮。根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，減速機(jī)，負(fù)載特性的要求來計(jì)算，選擇額定功率等參數(shù)，根據(jù)其主要特點(diǎn)和性能，在選擇合適的電機(jī)。
表2.1各類驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)
名稱
主要特點(diǎn)及性能
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
用途及使用范圍
驅(qū)動(dòng)器
慣量直流永磁伺服電動(dòng)機(jī)
電機(jī)的慣量小，理論加速度大，快速反應(yīng)是好的，和良好的低轉(zhuǎn)速，速度比可達(dá)1：10E4范圍內(nèi)，但不低的輸出扭矩
轉(zhuǎn)子直徑小，慣量小
適用于快速和苛刻的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不大的場(chǎng)合
可控硅直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)器
有刷繞組永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，快速響應(yīng)性能好；轉(zhuǎn)子無鐵損，效率高；換向性能好，壽命長(zhǎng)；負(fù)載波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速影響小，輸出力矩平穩(wěn)。
無鐵心，具有軸向平面間隙
可頻繁起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速，適用于機(jī)器人，數(shù)控等
直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器，SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
大慣量永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)
輸出力矩大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，機(jī)械特性硬度大，可以長(zhǎng)時(shí)間工作在堵轉(zhuǎn)條件下
又稱力矩電機(jī)，其轉(zhuǎn)子較粗
適用于驅(qū)動(dòng)力矩較大的場(chǎng)合，因可不用齒輪傳動(dòng)，消除了齒輪間隙
直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器，SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
表2.2 各類驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)
反應(yīng)步進(jìn)電 機(jī)
電脈沖信號(hào)直接進(jìn)入角，所述角是成正比的脈沖數(shù)，輸出力矩大
電機(jī)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)租，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極
作為用于數(shù)字系統(tǒng)的致動(dòng)器，如數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人;開環(huán)控制
直流PWM伺服驅(qū)動(dòng)器SCR變壓驅(qū)動(dòng)器
同步交流伺服電動(dòng)機(jī)
定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度建立了嚴(yán)格的同步;從低到高轉(zhuǎn)速，高電流通過定子繞組，所以起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不減小，可頻繁起動(dòng)和制動(dòng)
由永久磁鐵轉(zhuǎn)子，定子具有三相，轉(zhuǎn)子相對(duì)較小，
主要用于中小容量的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如數(shù)控，機(jī)器人和其他系統(tǒng)
交流PWM變頻調(diào)速器
異步交流伺服電動(dòng)機(jī)
速度總是比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組產(chǎn)生，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，高容量，低價(jià)格低
定子由對(duì)稱三相繞組組成，
用于數(shù)控機(jī)床主軸等容量大的場(chǎng)合
交流PWM變頻調(diào)速器
3 機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 夾持式手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 手抓部力的計(jì)算
1．夾緊力的計(jì)算
夾緊力 KG
式中：
——安全系數(shù)一般取1.2-2；
——?jiǎng)討B(tài)負(fù)載系數(shù)，主要考慮的沖擊慣性力。
——方位系數(shù)；
——被抓取工件的重量1kg。
根據(jù)本次所設(shè)計(jì)的手爪結(jié)構(gòu)
=1.5，
取η=0.87，η為機(jī)械傳動(dòng)效率，由摩擦等因素產(chǎn)生。
3.2 腕部設(shè)計(jì)
手和胳膊的手腕是連接組件,它有獨(dú)立的自由度,機(jī)械手,以滿足需求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。手腕運(yùn)動(dòng)在X軸運(yùn)動(dòng)稱為旋轉(zhuǎn)；在Y軸運(yùn)動(dòng)稱為球場(chǎng)；在Z軸運(yùn)動(dòng)稱為搖擺;也可以有一個(gè)自由度沿Y方向移動(dòng)。
3.2.1 腕部的設(shè)計(jì)要求
1．腕部自由度的選取
2．腕部的動(dòng)作要靈活、自重要輕
圖3.1手腕回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖
3.2.1臂部設(shè)計(jì)要求
臂設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)第一次要求,為了實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作需要滿足以下幾個(gè)要求。
表3.1 幾種常用梁的慣性矩比較
名稱
截 面 形 狀
截 面 積
每米重量
慣性矩
為圓鋼的幾倍
圓鋼
F=28.9
（D=6）
G=22.19
J=63.6
鋼管
F=28.3
（D=6）
（d=8）
G=22.19
J=284.5
≈4.5
工字鋼
F=28.3
（16號(hào)斷面）
G=20.5
（）
≈18
≈(1.5)
槽鋼
（20號(hào)斷面）
G=22.63
()
≈(28)
≈2
3.2.2 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
手臂運(yùn)動(dòng),除了前后伸縮運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手的設(shè)計(jì),它的設(shè)計(jì)將是一個(gè)單一的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有些機(jī)器人,而不是一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而是相結(jié)合的復(fù)合運(yùn)動(dòng)?？梢杂幸韵鲁绦騺硗瓿梢粋€(gè)個(gè)單一的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3.2.3 臂部升降運(yùn)動(dòng)
一些機(jī)械手的升降行程比較大，需設(shè)計(jì)立柱式結(jié)構(gòu)，支撐升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其輪廓尺寸相對(duì)比較大。
圖3.2 升降機(jī)構(gòu)設(shè)在機(jī)座上方
可伸縮的提升機(jī)制：這個(gè)平臺(tái)的組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)機(jī)器形式高度可以降低高度是機(jī)器人臂的高度，轉(zhuǎn)動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以更小，不需要額外的指導(dǎo)支持，結(jié)構(gòu)緊湊，提高的旅程。
線性缸升降結(jié)構(gòu)：起重機(jī)械手臂的機(jī)制設(shè)計(jì)也直接使用,其結(jié)構(gòu)如圖15所示,導(dǎo)套,導(dǎo)性能好,剛度大,工作穩(wěn)定,球鉸鏈的活塞桿和導(dǎo)向套時(shí),活塞桿的傾斜荷載撓度。
圖3.3 機(jī)械手的升降液壓缸結(jié)構(gòu)圖
3.2.4 臂部升降油缸的計(jì)算
（1）液壓缸主要參數(shù)的確定
液壓缸的工作壓力為p=2.94Mpa，推力F=24000N液壓缸的機(jī)械效率，一般取=0.95
，
經(jīng)計(jì)算>7.5
（2）活塞桿直徑計(jì)算
（3）液壓缸的流量計(jì)算
中部位置檢測(cè)裝置是利用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制的位置，或檢測(cè)設(shè)備，由控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)器人的位置。如反饋控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)整的位置控制系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)停止在規(guī)定的位置,為了確保機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的定位精度。引用一個(gè)應(yīng)用電液比例反饋控制。
4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 可編程序控制器的選擇及工作過程
同時(shí)考慮機(jī)械手的多功能性和點(diǎn)控制，我們使用可編程邏輯控制器（PLC）來控制機(jī)械手。機(jī)械手的動(dòng)作流程發(fā)生變化時(shí)，只能更改PLC程序，非常方便，快捷。
4.2 可編程序控制器的使用步驟
當(dāng)可編程控制器和受控對(duì)象（機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過程）形成自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常分七個(gè)步驟執(zhí)行：
（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：即確定受控對(duì)象的工作原理，控制要求，動(dòng)作和動(dòng)作順序。
（2）I / 0分配：即確定哪些信號(hào)被發(fā)送到可編程控制器并分配給相應(yīng)的輸入端子號(hào)；哪些信號(hào)由可編程控制器發(fā)送到受控對(duì)象并分配相應(yīng)的輸出端子號(hào)。另外，還分配了可編程控制器中使用的計(jì)數(shù)器，定時(shí)器等?？删幊炭刂破魍ㄟ^數(shù)字識(shí)別信號(hào)。
（3）繪制梯形圖：它與繼電器控制邏輯的梯形圖具有相同的概念，并表示系統(tǒng)中所有動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器（LCD或CRT），則繪制梯形圖等效于創(chuàng)建程序，并且可以將梯形圖直接發(fā)送到可編程控制器。對(duì)于簡(jiǎn)單的程序員，通常有必要進(jìn)行下一個(gè)助記符程序轉(zhuǎn)換過程。
（4）助記符機(jī)器程序：相當(dāng)于微型計(jì)算機(jī)的助記符程序是面向機(jī)器的（即，來自不同制造商的可編程控制器具有不同形式的助記符指令）。使用簡(jiǎn)單的編程器時(shí)，梯形圖應(yīng)轉(zhuǎn)換為助記符程序。將其輸入可編程控制器。
（5）準(zhǔn)備程序：也就是說，檢查程序中的每個(gè)語法錯(cuò)誤，如果有，請(qǐng)對(duì)其進(jìn)行修改。這項(xiàng)工作是在程序員上完成的。
（6）保存程序：通過調(diào)試的程序可以在EPROM中固化，也可以保存在磁盤上以備將來使用。
4.3 機(jī)械手可編程序控制器控制方案
控制對(duì)象是圓柱坐標(biāo)氣動(dòng)操縱器。它的手臂具有三個(gè)自由度，即在水平方向上的伸展和收縮；在垂直方向上上下；繞垂直軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此外，其末端執(zhí)行器還可以執(zhí)行抓握和釋放功能。其中，一組齒條用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以將氣缸的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣，PLC的8個(gè)輸出端可以連接到電磁閥的8個(gè)線圈，并且可以通過編程按一定順序勵(lì)磁電磁閥的線圈，從而使機(jī)械手按照預(yù)先設(shè)定的方式工作。安排動(dòng)作順序。需要更改接線，只需稍微修改程序中的動(dòng)作代碼和順序即可。此外，除了抓握和放置外，在其他六個(gè)動(dòng)作的末尾都設(shè)有一個(gè)限位開關(guān)，以檢測(cè)該動(dòng)作是否到位。如果沒有采取某些措施，錯(cuò)誤指示燈將亮起。
4.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求
為了滿足生產(chǎn)需要，應(yīng)將機(jī)械手設(shè)置為手動(dòng)工作模式，單動(dòng)工作模式和自動(dòng)工作模式。
（1）手動(dòng)工作模式：輕松調(diào)整和檢修設(shè)備以及設(shè)置手動(dòng)工作模式。使用按鈕分別控制機(jī)器人的每個(gè)動(dòng)作。
（2）單動(dòng)模式：從原點(diǎn)開始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的順序，每次按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)器人將在完成一個(gè)工作步驟后自動(dòng)停止。
（3）自動(dòng)工作模式：當(dāng)按下開始按鈕時(shí)，機(jī)械手將從原點(diǎn)開始，并根據(jù)該過程自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，直到按下停止按鈕為止。機(jī)械手完成最后一個(gè)循環(huán)的動(dòng)作后，返回原點(diǎn)并自動(dòng)停止。
4.3.2 取料機(jī)械手的工作流程
根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用OMRON C28P型PC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為X0-X16；12個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為M0-M12.如表4.1所示。
表4.1 I/O分配
啟動(dòng) X0
手臂左轉(zhuǎn) M0
停止 X1
手臂右轉(zhuǎn) M1
手部抓緊 X10
手臂伸長(zhǎng) M2
左轉(zhuǎn)限位開關(guān) X2
手臂收縮 M3
右轉(zhuǎn)限位開關(guān) X3
手臂上升 M4
19
伸長(zhǎng)限位開關(guān) X4
手臂下降 M5
收縮限位開關(guān) X5
手腕逆轉(zhuǎn) M6
上升限位開關(guān) X6
手腕順轉(zhuǎn) M7
下降限位開關(guān) X7
手抓抓緊 M8
逆轉(zhuǎn)限位開關(guān) X8
手抓放松 M10
順轉(zhuǎn)限位開關(guān) X9
物品檢測(cè) X11
手動(dòng)控制 X12
其它地址分配：
1夾緊定時(shí)器:T1,定時(shí)5s 2放松定時(shí)器:T2，定時(shí)5s 3自動(dòng)方式標(biāo)志:M0.0 4 單動(dòng)方式標(biāo)志:M0.1 5、 手動(dòng)方式標(biāo)志:M0.2 6 結(jié)束標(biāo)志:M0.5
21
總 結(jié)
論文本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、效率高的原則，立足于對(duì)極組堆疊過程機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研制，完成的基本工作如下：通過對(duì)極組堆疊包膠設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行工藝性分析，來料極組分析，托盤結(jié)構(gòu)工藝分析，物流線布局的分析，明確極組的生產(chǎn)批量，為裝置關(guān)鍵部件和試驗(yàn)研究等層面提供了性能依據(jù)，主要設(shè)計(jì)包括機(jī)械手的致動(dòng)器，包括手，腕，臂和其他組件，在PLC程序的控制下，機(jī)械手可根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的順序以一定的速度和時(shí)間執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部件的要求從而保證滿足工藝技術(shù)的要求。本設(shè)計(jì)采用PLC控制，可靠性高，程序變更靈活。無論是時(shí)間控制，行程控制還是混合控制，都可以通過設(shè)置PLC程序來實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)順序修改程序，以使機(jī)器人更具通用性。
鑒于研究能力有限，極組堆疊過程機(jī)械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和等一些關(guān)鍵性因素還有待進(jìn)一步提升。未來希望可以更好的學(xué)習(xí)有關(guān)的知識(shí)，將，極組堆疊過程機(jī)械手與智能化控制方向結(jié)合，使，極組堆疊過程機(jī)械手朝著更好的方向邁進(jìn)一步。
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致 謝
不積跬步無以至千里，本課程設(shè)計(jì)能夠順利完成，得益于指導(dǎo)老師呂曉杰老師，本論文是在呂老師悉心的指導(dǎo)下完成的，呂老師擁有豐富的學(xué)術(shù)經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，在課程設(shè)計(jì)題目制定時(shí)，她首先肯定了我的研究課題，同時(shí)給了極大的勇氣，幫我具體的分析利弊使我最終選取了對(duì)稱上調(diào)式三輥卷板機(jī)設(shè)計(jì)這個(gè)課題，使我在研究時(shí)有了具體方向。當(dāng)論文開題后時(shí)，具體的設(shè)計(jì)不是很清楚，在老師的幫助下，我的設(shè)計(jì)有了明確的方向，初稿完成后，老師仔細(xì)檢查了我的寫作并指出了我的問題，為接下來的改進(jìn)提供了方向，在此十分感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，才能讓我順利完成畢業(yè)論文的寫作。
感謝機(jī)電工程學(xué)院的全體領(lǐng)導(dǎo)和老師，在他們認(rèn)真的教導(dǎo)下，我學(xué)到了很多專業(yè)性知識(shí)，掌握了扎實(shí)的專業(yè)技能；感謝參與本論文的批閱，和對(duì)本論文提出寶貴意見的老師和領(lǐng)導(dǎo)。
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