搬运机械手运动控制系统设计.docx
《搬运机械手运动控制系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《搬运机械手运动控制系统设计.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![搬运机械手运动控制系统设计.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-11/23/cf3cfa43-fb51-4103-bc53-f15803a825bd/cf3cfa43-fb51-4103-bc53-f15803a825bd1.gif)
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