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绿色环保企业网站模板,游戏源码平台,公司怎么制作网站,哈尔滨建设局网站首页2 机械手的总体设计 2.1 工业机械手的组成 工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的#xff0c;各部关系如图2.1所示。 图2.1 机械手的组成 2.1.1 执行机构 1.手部 即直接与工件接触的部分#xff0c;一般是回转型或平移型(为回转型#xff0c;因其结构简单各部关系如图2.1所示。图2.1 机械手的组成2.1.1 执行机构1.手部 即直接与工件接触的部分一般是回转型或平移型(为回转型因其结构简单。手爪多为两指也有多指根据需要分为外抓式和内抓式两种也可用负压式或真空式的空气吸盘它主要用于吸取冷的光滑表面的零件或薄板零件和电磁吸盘。传力机构型式较多常用的有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。2.腕部 是连接手部和手臂的部件并可用来调整被抓物体的方位即姿态。它可以有上下摆动左右摆动和绕自身轴线的回转三个运动。如有特殊要求将轴类零件放在顶尖上将筒类、盘类零件卡在卡盘上等手腕还可以有一个小距离的横移。也有的工业机械手没有腕部自由度。3.臂部 手臂是支承被抓物、手部、腕部的重要部件。手部的作用是带动手指去抓取物体并按预定要求将其搬到预定的位置。手臂有三个自由度可采用直角坐标前后、上下、左右都是直线,圆柱坐标前后、上下直线往复运动和左右旋转球坐标前后伸缩、上下摆动和左右旋转和多关节手臂能任意伸屈四种方式。直角坐标占空间大工作范围小惯性大其优点是结构简单、刚度高在自由度较少时使用。圆柱坐标占空间较小工作范围较大但惯性也大且不能抓取底面物体。球坐标式和多关节式占用空间小工作范围大惯性小所需动力小能抓取底面物体多关节还可以绕障碍物选择途径但多关节式结构复杂所以也不常用。2.1.2 驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快结构简单成本低。采用点位控制或机械挡块定位时有较高的重复定位精度但臂力一般在300N以下。液动式的出力大臂力可达 1000N 以上且可用电液伺服机构可实现连续控制使工业机械手的用途和通用性更广定位精度一般在 1mm 范围内。目前常用的是气动和液动驱动方式。电动式用于小型机械式只用于动作简单的场合。2.1.3 控制系统有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置并注意其加速度特征。2.2 关节型机械手的主要技术参数1.抓重 300N2.自由度 4个 3.坐标形式圆柱坐标 4.手臂运动参数运动名称 符号 行程范围 速度伸缩 X 400mm 小于250mm/s升 降 Z 300mm 小于70mm/s回转 ψ 0°~210° 小于90 (°)/s5.手腕参数运动名称 符号 行程范围 速度回转 ω 0°~180° 小于90 (°)/s6.手指夹持范围棒料直径5070mm长度4501200mm7.定位方式电位器设定点位控制8.驱动方式液压中、低压系统9.定位精度±3mm10.控制方式可编程控制2.3 圆柱坐标式机械手运动简图经过考虑本设计的机械手设计成如下简图形式图2.2 圆柱坐标式机械手3 关节型机械手机械系统设计3.1 手部手部亦称抓取机构是用来直接握持工件的部件由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面状况等的不同所以工业机械手的手部结构多种多样大部分的手部结构是根据特定的工件要求而定的。归结起来常用的手部按其握持工件的原理大致可分成夹持和吸附两大类。根据设计要求这里只讨论夹钳式的手部结构。夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性可以抓取轴、盘、套类零件。一般情况下多采用两个手指。驱动装置为传动机构提供动力驱动源有液压的、气动的和电动的等几种形式。常见的传动机构往往通过滑槽、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实现夹紧或放松。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动适于夹持平板、方料。在夹持直径不同的圆棒时不会引起中心位置的偏移。但这种手指结构比较复杂、体积大要求加工精度高。根据设计要求工件是圆盘所以采用回转型手指其张开和闭合靠手指根部以枢轴支点为中心的回转运动来完成。枢轴支点为一个的称为单支点回转型为两个支点的称为双支点回转型。这种手指结构简单形状小巧但夹持不同工件会产生夹持定位误差。本设计要求抓取棒料故采用夹钳式手部。3.1.1 夹紧力的计算手指加在工件上的夹紧力是计算手部的主要依据。必须对其大小、方向和作用力进行分析、计算。一般来说夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷惯性力或惯性力矩以及工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算3.1.2夹紧缸驱动力计算如图是液压夹紧装置。手爪壳和缸壳连成一体当压力油从液压缸右边油管进油时活塞杆向左移动推动手爪闭合当压力油从液压缸左边进油时拉动手爪张开。缸的拉力或推力N为3.1.3 两支点回转型手指的夹持误差分析与计算机械手能否准确夹持工件把工件送到指定位置不仅取决于机械手定位精度由臂部和腕部等运动部件确定而且也与手指的夹持误差有关。特别是在多品种的中、小批量生产中为了适应工件尺寸在一定范围内变化避免差生手指夹持的定位误差必须选用合理的手部机构参数从而使夹持误差控制在较小的范围内。图3.2 两支点回转型手指3.2.1 腕部设计的基本要求1、力求结构紧凑、重量轻腕部处于臂部的最前端它连同手部的精、动载荷均由臂部承受。显然腕部的结构、重量和动力载荷直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此在腕部设计时必须力求结构紧凑重量轻。2、综合考虑合理布局腕部作为机械手的执行机构有承担连接和支撑作用除保证力和运动的要求以及具有足够的强度、刚度外还应综合考虑合理布局。如应解决好腕部与臂部和手部的连接腕部各个自由度的位置检测管线布置以及润滑、维修、调整等问题。3、必须考虑工条件对于高温作业和腐蚀性介质中工作的机械手其腕部在设计是应充分估计环境对腕部的不良影响如热膨胀、压力油的粘度恶化燃点有关材料及电控元件的耐热性等。根据以上几点结合设计要求设计出腕部的结构如图 3-2。其为典型腕部结构中具有一个自由度的回转缸驱动的腕部结构。直接用回转液压气缸驱动实现腕部的回转运动因具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛采用。图3.3用一个回转液压缸实现腕部旋转的结构4 机械手的液压驱动系统液压系统自 60 年代初到现在已自机械手中获得广泛应用。它的优点是动力大、力或力矩惯性比大、快速响应高、易于实现直接驱动等。液压系统在机械手中所起的作用是通过电—液转换元件把控制信号进行功率放大对液压动力机构进行方向、位置和速度的控制进而控制机械手的手臂按给定的运动规律动作。液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动液压缸。用于实现手臂的伸缩升降以及手腕、手臂的回转。4.1 程序控制机械手的液压系统这类机械手属于非伺服控制机械手在只有简单搬运动作业功能的机械手中常常采用简单的逻辑控制装置或编程控制对机械手实现有限位的控制。这类机械手的液压系统设计与其它液压机械设计所考虑的问题大致相同只是在以下方面须加以重视。1液压缸设计在确保密封性的前提下尽量选用橡胶与氟化塑料组合的密封件以减少摩擦阻力提高液压缸的寿命。2定位点的缓冲与制动因机械手手臂的运动惯量较大在定位点前要加缓冲与制动机构或锁紧装置。3对惯性较大的运动轴和接近机械手末端的腕部运动轴的液压缸两侧最好加设安全保护装置防止因碰撞过载损坏机械结构。4.2 液压系统传动方案的确定4.2.1各液压缸的换压回路为便于机械手的自动控制如采用可编程序控制器或微机进行控制从总体方案设计中可知系统系统的压力和流量都不高因此一般都选用电磁换向阀回路以获得较好的自动化程度和经济效益。液压机械手一般采用单泵或双泵供油手臂伸缩、手臂俯仰、手臂旋转等机构采用并联供油这样可有效降低系统的供油压力此时为了保证多缸运动的系统互不干扰实现同步或非同步运动换向阀需采用中位“O”型换向阀。合本设计方案所有液压缸都采用“O”型电磁换向阀如图4.1所示a) b) c)图4.1 a) ——伸缩缸b) ——升降缸c) ——回转缸4.3 液压系统的合成在上述主要液压回路选好后再加上其它功用的辅助油路如卸荷、测压等油路就可以进行合并完善为完整的液压系统并编制液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表。完整的液压原理图和电磁铁动作顺序表如下所示图4.4 完整的液压原理图5 机械手的可编程控制工业机械手的电器控制系统相当于人的大脑它指挥机械手的动作并协调机械手与生产系统之间的关系。机械手的工作顺序、应达到的位置如手臂上下移动、伸缩、回转及摆动、手腕上下、左右摆动和回转、手指的开闭动作以及各个动作的时间、速度等都是在控制系统的指挥下通过每一运动部件沿各坐标轴的动作按照预先整定好的程序来实现的。不论自动电气控制装置复杂程度如何对于生产线及各种功能的机械手来说一般都要求电气控制系统按照预先规定的动作程序进行顺序控制。随着工业生产的不断发展以及工业机械手技术的不断成熟可编程控制器被广泛应用它的优点是运行稳定、编程方法简单易学、功能强性能价格比高、硬件配套齐全用户使用方便适应性强、无触点面配线可靠性高抗干扰能力强、系统的设计、安装、调试工作量少、维修工作量小维修方便体积小能耗低。所以该机械手采用 PLC 控制。5.1 输入输出触点的分配5.1.1 行程开关的分配1、推动手臂回转的回转液压缸手臂正转限位ST1 手臂反转限位ST22、推动手臂升降的直动液压缸手臂上升限位ST3 手臂下降限位ST43、推动手臂伸缩的直动液压缸手臂伸出限位ST5 手臂缩回限位ST64、推动手腕回转的回转液压缸手腕正转限位ST7 手腕反转限位ST85、推动手爪夹紧的直动液压缸手爪松的夹紧缸开由结构限位限位故不需要限位开关5.1.2 手动按钮的分配1、手臂回转控制手臂正转SB1 手臂反转SB2 手臂回转缓冲SB112、手臂升降控制手臂上升SB3 手臂下降SB4 手臂升降缓冲SB123、手臂伸缩控制手臂伸出SB5 手臂缩回SB6 手臂伸缩缓冲SB134、手腕回转控制手腕正转SB7 手腕反转SB8 手腕回转缓冲SB145、手爪夹紧控制手爪夹紧SB9 手爪松开SB106、其他启动SB15 回原点SB16 连续SB17点位控制SB18 停止SB195.1.3 输入输出继电器的分配1、输入输出元件号均用八进制数表示上述每一个行程开关和手动按钮都对应一个输入继电器则输入触点分配如下ST1-ST8:X0-X7(按顺序一一对应)。SB1-SB17:X10-X32(按顺序一一对应)。2、输出触点分配如下每个电磁阀对应一个输出继电器则1YA14YAY0-Y16 (按顺序一一对应)。5.2 外部接线图根据触点数目此处选用FX2N-64型可编程控制器外部接线图如图5.1所示图5.1 外部接线图