搬運(yùn)機(jī)械手及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錄 第一章 其次章總體方案確定 5 第三章機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...動(dòng)作工況與分析 8 3.2.11 3.2.12 第四章氣動(dòng)部分設(shè)計(jì) 第五章PLC ..............................39 高的要求。本課題設(shè)計(jì)源于生產(chǎn)線中的搬運(yùn)站?傳動(dòng)方式采納氣壓傳動(dòng)?即用各機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和限制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件或工具的部件依據(jù)被抓持物件的形態(tài)、尺寸、重量、料稱為機(jī)械手的自由度。本課題中設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手主要有旋轉(zhuǎn)、伸縮、 由于氣動(dòng)機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載愛護(hù)、化?無給油化機(jī)電氣一體化方向發(fā)展。可以預(yù)見?在不久的將來?機(jī)械手將越來越廣泛地進(jìn)人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域關(guān)鍵詞可編程限制器柔性自動(dòng)生產(chǎn)線自由度梯形圖 tOreat,edftclydhhusedinadiversearrayofautomatedproductionlineespecially.Thecombineofelectricalprogrammabletechnologyandpneumaticcontroltechnologymakesthewholesystemahigherdegreeofautomation,moreflexiblecontrolandmorereliableperformance;TherapiddevelopofpneumaticmanipulatorandflexibleautomatedproductionlinesrequiermuchmoretothedevelopmentofpneumatictechnologyThistopicoriginatedfromthehandlingstationoftheproductionline;Thedriveisusedpressuretransmission,whichusesavarietyofcylindertocontroltherobot'smovementandthecontrolpartscombiningtheprogrammablecontroltechnologymakeaprogrammetoachievethecontrolofthetransportationbetweenthetwoManipulatoriscompetedbythreemajorpartsincludinghand,sportsbodiesandcontrolsystem.Taskofhandistoholdtheworkpiece(ortool)ofthecomponents.Accordingtothegraspingobject’sshape,size,weight,materialsandoperatingrequirementsthehandhandsavarietyofstructuralforms,suchasclamptype,ADSholdersandadsorptiontypeandsoon.Themovementpartcancompletetheprescriptivemoveandachievethechangeofthesiteandgesture ofthegraspingobjectsbyvariesrotating(twisting),movingorcomplexmovementsonhand.Theindependencemovementssuchastheriseandfallofbody,stretchingandrotatingmannerarecalledthefreedegreesofmanipulator.Thehandlingmanipulatorofthetopiccompositesfourfreedegreeswhicharerotation,stretching,liftingandThepneumaticmanipulatordesignisdesidedfromthreepartsinchudingthemechanicalparts,pneumaticpartsandcontrolparts,whichrequirestoachievemechanicalhandupanddownbetweenthehandlingfunction.Focusonthemechanicalpartsarethedesignofoverallstructure,thechoiceofeachcylinderandinstallationdesign,structuraldesignofvariouscomponentsetc;pneumaticpartisgiventhepneumaticmanipulatorhandlingschematics,andthecontrolpartoftheprocedurewasmainlydesignanddebugging,ThepapersuseSiemens(S7-200)instructionsprogram,givingthecorrespondingladderdiagram,statementformsandsimpleflowchart.BecausethepneumaticManipulatorhasadvantagesofsimplestructure,easytoachievethesteplessspeedregulation,easytoachieveoverloadprotection,easytoachieveanumberofcomplexmovements,thepneumaticmanipulatorisdevelopingtothemodular,non-oilandelectricalintegrationdirection.Itisforeseeablethatinthenearfuture,pneumaticmanipulatorwillbecomemoreandmorewidelyusedintotheindustrial,military,aviation,medical,andotherareasofKeywords:PLC,flexibleautomatedproductionlines,freeLadderDiagram 言1.1課題的背景和意用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。 裝卸、調(diào)整便利確定總體結(jié)構(gòu)的組成、框架及各部分的功能與工作目標(biāo)設(shè)計(jì)機(jī)體分級(jí)部分的結(jié)構(gòu)及主要零件結(jié)構(gòu)保證與其它部分的接口合理依據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果?修正設(shè)計(jì)參數(shù)。1.2機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)國外已有模塊扮裝配器人產(chǎn)品問市。 dn 工業(yè)機(jī)器人限制系統(tǒng)向基于機(jī)的開放型限制器方向發(fā)展便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高限制柜日見小巧且采納模塊化結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的牢靠性、易操作和可修理性。的最聞名實(shí)例。g.機(jī)器人化機(jī)械起先興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來?的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、限制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人其中有多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近0條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線站上獲得規(guī)模應(yīng)用弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上但總的來看我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離如牢靠性低于國外產(chǎn)品機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚應(yīng)用領(lǐng)域 其次 總體方案確定2.1總體方案論機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、限制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成產(chǎn)的、可以變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備生產(chǎn)場(chǎng)合。2.1.1機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)手臂的左右伸縮?手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)2.1.2機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1.對(duì)于傳動(dòng)形式而言? 本低廉因此本機(jī)械手采納氣壓傳動(dòng)方式。2.1.3機(jī)械手限制方案設(shè)計(jì)其功能和指令系統(tǒng)都能滿意對(duì)該機(jī)械手的限制要求。限制按鈕、各處的行程開關(guān)及壓力繼電器等開關(guān)量信號(hào)干脆與的輸入端子相連L的開關(guān)量輸出端子干脆與各個(gè)電磁閥相連用上所帶的4電源或外接電源驅(qū)動(dòng)采納編程軟件P版進(jìn)行編程和運(yùn)行監(jiān)控。4機(jī)械手主要參數(shù).主參數(shù) 2.1.5機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表A.設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 第三 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1動(dòng)作工況與分上升/下降、左移/右移以及搖擺分別由雙線圈兩位電磁閥限制,機(jī)械手的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位電磁閥(夾緊電磁閥)限制。機(jī)所示圖3-1 3.23.2.1 箱座箱座內(nèi)壁不須要與其他零件有協(xié)作的關(guān)系?所以內(nèi)表面不須要加工。左右厚壁上端置的?材料為鑄鐵HT200。3.2.2立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要?有時(shí)也可作橫向移動(dòng)?即稱為可移式立柱。a.立柱的材料及熱處理 理。b.初估軸徑按扭矩初估軸的直徑?依據(jù)[1]查表3 P轉(zhuǎn)的?所以所受的載荷很小?不須要校核。3.2.3軸承的選擇a.向心軸承主要承受徑向載荷?0°???45°?又可分為?①徑向接觸軸承 推力軸承主要承受軸向載荷°???90°?又可分為?①軸向接觸軸承推力球軸承。3.2.4上軸承座的選擇6006深溝球軸承:d=30mm 51213推力球軸承: 圖3-3上軸承座 滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的處的協(xié)作既不能過緊也不能過松。過緊的協(xié)作會(huì)使軸承的內(nèi)、外圈產(chǎn)生變形可破壞軸承的正常工作而增加了裝拆的難度。過松的協(xié)作響軸的旋轉(zhuǎn)精度甚至?xí)箙f(xié)作表面發(fā)生滑動(dòng)。因此軸承協(xié)作種類的選取應(yīng)依據(jù)軸承的類型與尺寸、載荷的大小、方向和性質(zhì)以及工作環(huán)境確定。承的安裝尺寸?同樣依據(jù)推力軸承的尺寸來確定軸承座的尺寸。3.2.5圖3-4下軸承座docin 3.2.6-5所示圖3-5大臂設(shè)計(jì)3.2.7本設(shè)計(jì)手臂很簡(jiǎn)潔在上面固定個(gè)夾緊氣缸如圖所圖小臂設(shè)計(jì) n 88 3.2.8 圖7氣爪設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是采納兩指式?內(nèi)卡式上下氣爪通過銷來連接過盈協(xié)作所示。設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題手指除受到被夾持工件的反作用力外還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形自重輕并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。型?由于工件多為圓柱形?故手指形態(tài)設(shè)計(jì)成V型。3.2.9依據(jù)[1]摩擦系數(shù)為f=0.10。 圖3-8a ? ? 若被抓取工件的最大加速度取ag時(shí)?參照[17]則 代入公式?3-4?得? 所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為塞桿上的輸出推力必需克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力?其公式為1 式中1F—活塞桿上的推力?NlF—彈簧反作用力?NzF—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力?N氣缸工作壓力彈簧反作用按下式計(jì)算 ?3-7?13 ?3-8? 式中fC彈簧剛度?N/ml彈簧預(yù)壓縮量?mS一活塞行程?m1d彈簧鋼絲直徑1D—彈簧平均直徑?m2D彈簧外徑?mn 由以上分析得單向作用氣缸的直徑14()lFF?代入有關(guān)數(shù)據(jù)?可得13???mN64.3677?N6.220??6??由3.0~2.0?Dd?可得活塞桿直徑有其中 則所以滿意設(shè)計(jì)要求 式中缸筒壁厚D—?dú)飧變?nèi)徑?mmpP—試驗(yàn)壓力?取Pp5.1?,材料為:ZL32pdP???10102.12105.120???????取依據(jù)以上計(jì)算選擇的氣缸型號(hào)為?QGSDq32×50B其中?QGSD一般型單作用氣缸q派生氣缸代號(hào)?q=彈簧前置型32汽缸內(nèi)徑50氣缸行程B緩沖?B=可調(diào)緩沖LB安裝方式?LB=軸向底座3.2.10手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱、升降缸活塞軸、升降缸體、碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿、沖撞鐵、定位塊聯(lián)接盤和導(dǎo)向桿等組成。 圖3-9依據(jù)上圖力的作用方向?可計(jì)算活塞的驅(qū)動(dòng)力F?參照[1]可知摩擦系數(shù)f=017a)依據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖?驅(qū)動(dòng)力公式為總 所以代入公式-12?總? c參照[17]實(shí)際驅(qū)動(dòng)力若被抓取工件的最大加速度取ag時(shí)?依據(jù)[17]則所以?所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為桿上的輸出推力必需克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力?其公式為式中1F—活塞桿上的推力?NlF—彈簧反作用力?NzF—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力?N氣缸工作壓力彈簧反作用按下式計(jì)算??13?式中:fC—彈簧剛度?N/ml—彈簧預(yù)壓縮量?mS一活塞行程?m 1d彈簧鋼絲直徑?m1D—彈簧平均直徑?m2D彈簧外徑?m彈簧有效圈數(shù)G一彈簧材料剪切模量?一般取14lDP由以上分析得單向作用氣缸的直徑D?代入有關(guān)數(shù)據(jù)?可得13?????mN3677.466010????1.4?m? n 由有1則所以滿意設(shè)計(jì)要求式中缸筒壁厚D—?dú)飧變?nèi)徑?mmpP—試驗(yàn)壓力?取Pp5.1?,材料為:ZL3??2pdP??????依據(jù)以上計(jì)算選擇氣缸型號(hào)為?QGSDq40×100BFB其中?QGSD-一般型單作用氣缸?q派生氣缸代號(hào)?q=彈簧前置型40-汽缸內(nèi)徑?100氣缸行程

B–緩沖?B=緩沖可調(diào) FB-安裝方式?FB=后法蘭 3.2.11圖3-10依據(jù)上圖力的作用方向?可計(jì)算活塞的驅(qū)動(dòng)力F?參照[1]可知摩擦系數(shù)f=017依據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖?驅(qū)動(dòng)力公式為所以代入公式總 參照[17]實(shí)際驅(qū)動(dòng)力若被抓取工件的最大加速度取ag時(shí)?依據(jù)[17]則所以?所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為桿上的輸出推力必需克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力?其公式為:Fz式中1F—活塞桿上的推力?NlF—彈簧反作用力?NzF—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力?N氣缸工作壓力彈簧反作用按下式計(jì)算??13?式中:fC—彈簧剛度?N/ml—彈簧預(yù)壓縮量?m S一活塞行程?m1d—彈簧鋼絲直徑?m1D—彈簧平均直徑?m彈簧外徑?mn彈簧有效圈數(shù)G一彈簧材料剪切模量?一般取14lDP由以上分析得單向作用氣缸的直徑14()lFF?代入有關(guān)數(shù)據(jù)?可得13???mN3677.466010????1 由有1則所以滿意設(shè)計(jì)要求式中缸筒壁厚D—?dú)飧變?nèi)徑?mmpP—試驗(yàn)壓力?取Pp5.1?,材料為:ZL32pdP??????563301.51021.21010??????依據(jù)以上計(jì)算選擇氣缸型號(hào)為?QGSDq40×100BLB其中?QGSD-一般型單作用氣缸?q派生氣缸代號(hào)?q=彈簧前置型40汽缸內(nèi)徑100氣缸行程B緩沖?B=緩沖可調(diào)LB-安裝方式?LB=軸向底座? 3.2.12回轉(zhuǎn)氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算圖3-10參照[17]單葉片氣缸的壓力p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為? 或P??式中M回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩P回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力Rr輸出軸半徑b依據(jù)以上計(jì)算選擇回轉(zhuǎn)氣缸型號(hào)為?QGH250×180BFS其中?QGH齒桿式回轉(zhuǎn)搖擺氣缸2派生氣缸代號(hào)?2=雙出軸50氣缸內(nèi)徑180回轉(zhuǎn)動(dòng)搖擺角度B緩沖?B=可調(diào)緩沖F–法蘭?S單桿基本型R–耐熱型?R=采納氟橡膠密封件?最高耐溫200°。第四章 圖4-1氣動(dòng)原理圖氣路元件表如圖4-1所示?圖4-1型號(hào)規(guī)格名稱數(shù)量1L1-25單向節(jié)流閥2-10-三位四通電磁滑閥314QSL--20-S11516兩位三通電磁滑閥1各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速?凡是能采納排氣口節(jié)流方式的?都在電磁閥的 應(yīng)來確定的。v第五章 PLC限制部分設(shè)計(jì)5.1電磁鐵動(dòng)作依次由圖4-表5-1電磁鐵動(dòng)作依次1YA3YA4YA5YA6YA7YA0---+---1-+-+-----+----+-+------+-+----+---+-++--- ---+---+--+------+----該系統(tǒng)除了開關(guān)量的輸入、輸出外,沒有其他方面的要求。確定輸入點(diǎn) 5.2I/OPLC。對(duì)PLC的掃描速度及其它方面無特別要求。選用S7型號(hào)的。它共有個(gè)輸人、1個(gè)輸出點(diǎn)、隨機(jī)存儲(chǔ)器為、計(jì)數(shù)器個(gè)、定時(shí)器6個(gè)有個(gè)高速脈沖輸出端和個(gè)通信口?具有通信協(xié)議、I通信協(xié)議和自由口協(xié)議的通信實(shí)力運(yùn)行速度快功能強(qiáng)適用于要求較高的中小型限制系統(tǒng)。與器件的邏輯接線電路圖見圖圖5-1PLC與器件的邏輯接線電路 5.3PLC圖5-2