1、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AB工件SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6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
2、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
3、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
4、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
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=60，故R=Lsin2=48sin30=24mm故R=24mm，直径D=48mm。由下图可知，最大夹持范围Dmax=154100s=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=0.70.8。F1=G2sin2F1=100+54100F2=1.54F2图8 搬运机械手受力示意图设F2和连杆
6、间夹角为，F1和螺杆间夹角为，则F3=COSCOSF2=cot*F2，则F3=F1cot1.54=(Gsin2cot)/(2*1.54)选择螺杆摩擦角，螺旋升角，则驱动力F=(Gsin2cot*tan(+)/(2*1.54)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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