搬运机械手运动控制系统设计.docx

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搬运机械手运动控制系统设计

搬运机械手运动控制系统设计

第一部分：

题目设计要求。

一、搬运机械手功能示意图

、基本要求与参数

本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。

该机械手采用二指夹持结构，如图1所示，机械手实现对工件的夹持、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流程。

机械手通过升降、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的搬运工作，具体操作顺序：

逆时针回转（机械手的初始位置在A与B之间）一＞下降一＞夹紧一＞上升一＞顺时针回转一＞下降一＞松开一＞上升，机械手的工作臂都设有限位开关SQ。

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微机或者DSP中任选其一；

（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本功能。

三、工作量

（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择；

（2）二指夹持机构的设计及计算；

（3）总体控制方案及控制流程的设计；

（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的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。

（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。

设计应包括确定夹持方案、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，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。

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的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，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用步进电机，速度容易控制，位置精度高。

蜗轮蜗杆部分，选择普通异步电机。

2传动方案：

搬运机械手运动控制系统的传动分为四个部分:

1）旋转台的升降部分传动：

电机M1提供动力，经过传动螺杆，变电机的

旋转运动为升降台的直线运动

图1工作台升降传动

2）旋转台的旋转部分传动：

此为上图的A部分，正视A如下图所示。

电机

M2提供动力，经过减速机构，实现旋转台的旋转运动。

图2工作台旋转部分传动方案

3）机械手臂的伸缩部分传动：

此为上图的B部分，从S向看B如下图所示。

电机M3提供动力，经过传动螺杆，变电机的旋转运动为机械手臂的伸缩运动。

图3机械手臂伸缩部分的传动方案

4）机械手的加持部分传动：

此为上图的C部分，正视C如下图所示。

电机

M4提供动力，经过传动螺杆，实现机械手的夹持动作，详见图夹持机构图

图4机械手张合部分的传动方案

末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定位精度和运动稳

定性好，并有足够的抓取能力。

设计应包括确定夹持方案、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：

采用二指夹持机构，机械手的开与合依靠螺杆的旋进与旋出（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的圆柱直径为

48mm

图6搬运机械手夹持结构设计

计算过程：

已知L=48mm,角度a=60°故

a

R=Lxsin2=48xsin30=24mm

故R=24mm,直径D=48mm。

由下图可知，最大夹持范围

154

而xs=论

Dmax

的摩擦系数尸0.7~0.8。

Ga

Fi=xsin

2卩2

COStx

莎F2=cota

设F2与连杆间的夹角为aFl与螺杆间的夹角为B,则F3=

F1COtaa

F3=—=（Gsincota）/（2?

1.54卩）

1.542

选择螺杆的摩擦角©，螺旋升角入，则驱动力

a

F=（Gsingcotd?

tan?

入+©））/（2?

1.54卩）

三控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。

控制方案：

以单片机为核心，读取限位开关信息，根据限位开关信息，来控制电机的转动，最终实现真个过程的运动。

关于最终回到初始位置的方案设计：

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

LED

蜂鸣器报警电路

图9搬运机械手控制系统控制模块图

2绘制控制流程框图

开始

控制转台旋转

电机M2启动

（逆时针）

电机，M1反转

电机M1停转

打开机械手

限位开关转至第一个平台

电机M1反转

电机M2停转

电机M12反转

（顺时针）

控制转台下降

限位开关

SQ4

电机M2停转

电机M1正转

限位开关

、SQ1

电机M1停转

图10搬运机械手运动控制系统流程图

开始

电机M3启动

（正转）"

控制机械手的伸与

缩

是

限位开关

SQ6

否检测机械手是否收

/缩到指定位置

电机M4启动

（正转）

控制机械手

的开与合

检测机械手是否张

开到指定角度

限位开关

、SQ8

是

结束

图11机械手张开控制流程图

控制机械手的伸与缩

电机M皈转＜

•限位开关、-/

SQ7

否帀测机械手是否伸长到指定位置

控制机械手

的开与合

检测机械手是否闭

合到指定角度

图12机械手闭合控制流程图