搬运机械手运动控制新版专业系统设计.docx

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搬运机械手运动控制系统设计第一部分：题目设计要求。一、搬运机械手功效示意图 A B 工件 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 夹紧松开二、基础要求和参数本作业要求完成一个二指机械手运动控制系统设计。该机械手采取二指夹持结构，图1所表示，机械手实现对工件夹持、搬运、放置等操作。以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系统及控制步骤。机械手经过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧及松开等动作完成工件从位置A到B搬运工作，具体操作次序：逆时针回转(机械手初始位置在A和B之间)—>下降—>夹紧—>上升—>顺时针回转—>下降—>松开—>上升，机械手工作臂全部设有限位开关SQi。设计参数：（1）抓重:10Kg （2）最大工作半径：1500mm （3）运动参数：伸缩行程：0-1200mm；伸缩速度：80mm/s；升降行程：0-500mm；升降速度：50mm/s 回转范围：0-1800 控制器要求：（1）在PLC、单片机、PC微机或DSP中任选其一；（2）含有回原点、手动单步操作及自动连续操作等基础功效。三、工作量（1）驱动及传动方案设计及部件选择；（2）二指夹持机构设计及计算；（3）总体控制方案及控制步骤设计；（4）设计说明书一份。四、设计内容及说明（1）机械手工作臂及机身驱动部件选择及设计，需设计出具体驱动及传动方案，画出方案原理框图。（2）末端夹持机构设计，该结构需确保抓取精度高，反复定位精度和运动稳定性好，并有足够抓取能力。设计应包含确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。（3）控制系统设计，包含确定控制方案、关键功效部件选择、关键功效模块实现原理、绘制控制步骤框图。第二部分：设计过程搬运机械手运动控制系统设计一机械手工作臂及机身驱动部件选择及设计，需设计出具体驱动及传动方案，画出方案原理框图。 1 工作台升降，机械手臂张合及伸缩驱动部件选择步进电机，速度轻易控制，位置精度高。蜗轮蜗杆部分，选择一般异步电机。 2 传动方案：搬运机械手运动控制系统传动分为四个部分： 1）旋转台升降部分传动：电机M1提供动力，经过传动螺杆，变电机旋转运动为升降台直线运动。图1 工作台升降传动 2）旋转台旋转部分传动：此为上图A部分，正视A以下图所表示。电机M2提供动力，经过减速机构，实现旋转台旋转运动。图2 工作台旋转部分传动方案 3）机械手臂伸缩部分传动：此为上图B部分，从S向看B以下图所表示。电机M3提供动力，经过传动螺杆，变电机旋转运动为机械手臂伸缩运动。图3 机械手臂伸缩部分传动方案 4）机械手加持部分传动：此为上图C部分，正视C以下图所表示。电机M4提供动力，经过传动螺杆，实现机械手夹持动作，详见图夹持机构图图4 机械手张合部分传动方案二末端夹持机构设计，该结构需确保抓取精度高，反复定位精度和运动稳定性好，并有足够抓取能力。设计应包含确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。图5 夹持结构 1 夹持方案：采取二指夹持机构，机械手开和合依靠螺杆旋进和旋出（见下图）。计算夹持范围：当机械手完全闭合式，中间夹持部分能够夹持圆柱直径为48mm 图6 搬运机械手夹持结构设计计算过程：已知L=48mm，角度α=60°，故 R=L×sinα2=48×sin30°=24mm 故R=24mm，直径D=48mm。由下图可知，最大夹持范围 Dmax=154100×s=1.54s 式中s为螺杆和机械手臂之间连杆长度。图7 搬运机械手受力图计算夹紧力：夹紧力大小和所夹持工件重量相关。这里给出夹持工件摩擦系数μ=0.7~0.8。 F1=G2μ×sinα2 F1=100+54100F2=1.54F2 图8 搬运机械手受力示意图设F2和连杆间夹角为α，F1和螺杆间夹角为β，则F3=COSαCOSβF2=cotα*F2，则 F3=F1cotα1.54=(Gsinα2cotα)/(2*1.54μ) 选择螺杆摩擦角φ，螺旋升角λ，则驱动力 F=(Gsinα2cotα*tan⁡(λ+φ))/(2*1.54μ) 三控制系统设计，包含确定控制方案、关键功效部件选择、关键功效模块实现原理、绘制控制步骤框图。控制方案：以单片机为关键，读取限位开关信息，依据限位开关信息，来控制电机转动，最终实现真个过程运动。相关最终回到初始位置方案设计：在初始位置处设定一个限位开关SQ01，SQ02，当按下结束键后，才起作用。当操作者按下结束键后，单片机控制旋转电机继续旋转，直至接触SQ01；升降电机继续运动，直至接触SQ02；机械手闭合，最终系统断电，复原。 1 控制器选择单片机，控制系统控制模块图图9 搬运机械手控制系统控制模块图 2绘制控制步骤框图图10 搬运机械手运动控制系统步骤图图11 机械手张开控制步骤图图12 机械手闭合控制步骤图

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