機械手的設(shè)計

摘要關(guān)鍵詞機械手；單片機；自動化；驅(qū)動系統(tǒng)0.1機械手概述0.2機械手組成及分類0.2.1機械手組成執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)控制系統(tǒng)構(gòu)要數(shù)回轉(zhuǎn)液(氣)壓缸，此機構(gòu)簡單、緊湊、靈巧，回轉(zhuǎn)角度一般小于270°,密a.直角坐標(biāo)型b,圓柱坐標(biāo)型c.關(guān)節(jié)型圖0-20.2.1.2驅(qū)動系統(tǒng)氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高動作速度大稍大大小響應(yīng)速度慢快快中清潔度清潔可能污染清潔較清潔維護簡單比氣動復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題圖0-30.2.1.3控制系統(tǒng)通過對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令讓其運動，并通過配置多種傳感器(如位置、力、觸覺、0.2.2機械手分類3)按控制，分固定程序和可編程機械手。第一章機械手的設(shè)計方案1.1設(shè)計要求平臺的零件從生產(chǎn)線A搬運到下一個工序的生產(chǎn)線B,并且工件狀態(tài)由平放狀態(tài)變成豎起機械手機械手工件生產(chǎn)線A圖1-11.2.1機械手的坐標(biāo)形式設(shè)計1.2.2機械手的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計1.2.3機械手的驅(qū)動方案設(shè)計1.2.4機械手的控制方案設(shè)計(1)在生產(chǎn)線A的工件放置平臺上安裝一光電傳感器，一旦把工件送到工件放置平(2)直流電磁得電吸鐵將工件吸起來，動作完成后；手部的液缸位(即復(fù)位),此時放置平臺光電傳感器以及手部的液缸上的另一傳感器得到信號；信號(3)手部的液缸復(fù)位后，機械手得到指示，指示機械手的手臂(4)旋轉(zhuǎn)到位后，控制系統(tǒng)指示手臂旋轉(zhuǎn)電機正轉(zhuǎn)，使機械手朝生產(chǎn)線B的工件放置平臺正轉(zhuǎn)180°,當(dāng)手臂碰撞到旋轉(zhuǎn)盤限位發(fā)出信號，旋轉(zhuǎn)結(jié)束同時將信號傳給控制系(5)控制系統(tǒng)得到信號后，發(fā)出讓手部液缸伸出(下移)動作，由位移傳感器得到(6)到位后，單片機控制手臂上下運動電機下降，將工件準(zhǔn)確生產(chǎn)線B工件放置工(7)放置完成，手臂上升、手部液缸復(fù)位，機械手手臂旋轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)180°,手臂縮c、座標(biāo)型式i、控制方式j(luò)、驅(qū)動方式5個自由度第二章機械手的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1手部設(shè)計液缸η取0.95,查表2-0,可知P取0.5MPa。負(fù)載F/KN工作壓力P/MPa根據(jù)設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求工件由原來的抓取時的平放，而在抓取后需要把工件豎直放(2)、油缸(伸縮)及其配件的估算扭矩M2M2=F×S=2.5×9.8×0.1=4.9(NF1=150(N)(估算值)S=20mm(估算值)(5)、由公式T=P×b(ΦA(chǔ)l2-中mm2)×10?/8所以得出又因為所以2.3臂部設(shè)計手臂帶動機械手在空間的運動。手臂在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復(fù)雜。此次手臂的伸縮運動采用液壓驅(qū)動，升降以及回轉(zhuǎn)由電機來驅(qū)動。手臂上升下降利(3)臂部升降設(shè)計臂部使用了兩個電機，一臺是帶動機械手的上升下降運動；另外一臺是帶動整個機械手的回轉(zhuǎn)運動。把帶動機械手升降運動的電機安裝在肋板上，帶動機身回轉(zhuǎn)的電時間為3s,加減速時間比為25%,聯(lián)軸器的質(zhì)量為0.05kg,直徑為50mm,取摩擦系c.負(fù)載轉(zhuǎn)矩受力分析如下圖2-1:負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=(FPs)/(2πη)d.克服慣量的加速度轉(zhuǎn)矩直線運動與平臺負(fù)載代入數(shù)據(jù)J=0.00015kgm2滾珠絲桿慣量JB=πpL?Dg?/32=0.000016kgm2因此啟動轉(zhuǎn)矩為T?=2πNm(Jx+Ji)/(60t?)直線導(dǎo)軌v圖2-1選安全系數(shù)為2側(cè)Tn=(T?+Ts)*S電機慣量J=0.0002kgm2根據(jù)以上計算電機型號我們選擇為Y80M1-4型電機，其額定電壓為交流電380V,額定功率為0.55KW,電機具體參數(shù)如下圖2-2:型號額定功率額定電流A轉(zhuǎn)速效率%功率因素堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩圖2-2∵負(fù)荷與電機慣量比I?=2.04當(dāng)負(fù)荷與電機慣量比大于5時，應(yīng)考慮采用減速裝置來提高慣量匹配∴減速機減速比i=1(4)臂部回旋轉(zhuǎn)電機設(shè)計初選轉(zhuǎn)速W=90°/sn=1/4轉(zhuǎn)/秒=15轉(zhuǎn)/分由于齒輪i=3減速器i=30所以n=15×3×30=1350轉(zhuǎn)/分選擇Y90S-4型，其采用的是絕緣為B級、防護等級為IP44、冷卻方式為全封閉自扇冷卻、380V為其額定電壓、額定功率為1.1KW的籠型異步電動機。電機參數(shù)如下圖2-3:型號額定功率額定電流A轉(zhuǎn)速效率%功率因素堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩為了降低轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩、滿足工作需要，采用閉式傳動裝置，使其減速器的原動蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì)中心矩a=80傳動比I=30傳動慣量0.265×10-3kg·m2第三章機械手的控制部分設(shè)計3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計9圖3-1手部液壓原理圖1、手部液壓設(shè)計原理圖如圖3-1所示圖3-2手腕回轉(zhuǎn)缸回路1、手腕回轉(zhuǎn)液壓設(shè)計原理圖如圖3-2所示圖3-3手臂伸縮液壓缸回路1、手臂伸縮液壓缸回路如圖3-3所示1、液壓系統(tǒng)總回路圖如圖3-4所示②圖3-4液壓系統(tǒng)總回路由傳動功率公式N=P×Q/ηN=10×80×103×10?/60×0.8所以我們選擇電動機JQZ-61-2型電動機，額定功率為17KW,轉(zhuǎn)速為2940r/min。為了使回路中的液體壓力不會產(chǎn)生過高，我們設(shè)計了電磁閥進行卸荷(通過11DT和12DT得電),同時為了確?；芈氛９ぷ魑覀冞€追加了過濾器(WT37-25)以及壓力表 3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計1.單片機選型根據(jù)設(shè)計要求，我們初步采用含8位微處理器；片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)；具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)；片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具式碼名稱單片機內(nèi)上險通信13+涕50正快甲檢+a1A2第與l附反陣罩B佛止揚簾第.2原體核5騙出1I手部下-3T.之手探后替-T手精編N123《我們從上圖的I/0接口表可知，該機械手的輸入點共有15個，輸出點共有12個；按照點數(shù)要求，系統(tǒng)需要擴展1片I/0芯片。具有3個8位并行I/0的8255芯片能滿足要加擴充存儲器。根據(jù)圖3-6電路所示，我們可以定義8255模塊中邏輯0的是CS端口及P2.7端口，定義其它地址線為邏輯1;芯片8255地址分配如下：PA口：7FFC,PB口：3)系統(tǒng)輸入輸出接口電路設(shè)計DC24V信號轉(zhuǎn)換為單片機能夠接受的直流電壓5V,因為電壓的不同在轉(zhuǎn)換中我們需要考慮圖3-7輸出電路圖在輸出電路中，主要是為驅(qū)動各個元器件動作，在切換電壓過程中或輸出過程中，同樣需要避免執(zhí)行機構(gòu)對芯片產(chǎn)生噪音干擾。因此我們選擇TLP521光耦消除干擾以及電壓轉(zhuǎn)換，同時追加8050三極管來提高輸出驅(qū)動能力，如圖3-8所示輸出電路。電路中經(jīng)光電隔離，通過三極管驅(qū)動繼電器或者指示燈動作，最終達到控制機械手的目的。這林檢ktT作盾示o圖3-8輸出電路圖4)軟件設(shè)計機械手的控制方式有手動與自動，在此我們采用上位機來實現(xiàn)機械手的自動控制，由通過串口協(xié)議可以實現(xiàn)將機械手的工作狀態(tài)發(fā)送到上位，而上位機的指令發(fā)送給機械手。要求進行運行，具體流程如圖見圖3-10所示。初始化串行通信異步、雙工，初始化8255中的PA,PB和P1.0、P1.1、P1.2為0,此時機械手處于停止。而通過機械手自身的控制N限位到了嗎NYNYNYYy限位到了嗎機械手下降初始化