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機械手設計范文第1篇

關(guān)鍵詞 數(shù)控機床；機械手；模塊化

中圖分類號TG659 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）107-0104-02

1 數(shù)控機床機械手構(gòu)造

數(shù)控機床機械手是由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)以及位置檢測系統(tǒng)四大塊組成的，實際工業(yè)應用過程中，需要這四部分共同配合來完成一項任務。這里給出數(shù)控機床機械手的工作圖

1）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是機械手的大腦，它決定著機械手的具體運動方式。機械手一個動作的完成首先是由用戶向控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制系統(tǒng)將該指令轉(zhuǎn)化為具體的控制信號，通過程序控制電路、電極控制模塊、機械控制等幾部分來控制機械手實際運動。其次，機械控制模塊還會將機械手實際的運動情況收集起來，轉(zhuǎn)換為相應信號反饋給控制系統(tǒng)，以判斷機械手是否按照用戶要求運動，是否能夠準確的完成用戶所指定的任務。當反饋信號顯示機械手出現(xiàn)運動偏差時，控制系統(tǒng)將發(fā)出警報信號提示用戶。

2）驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)顧名思義是數(shù)控機床機械手中驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的裝置，該裝置的主要組成部分為控制調(diào)節(jié)器、動力系統(tǒng)、輔助裝置等。我們在工業(yè)生產(chǎn)中所提及的機械傳動、液壓傳動等，均是使用較為廣泛的驅(qū)動系統(tǒng)。

3）執(zhí)行機構(gòu)

數(shù)控機床機械手外型上與人手臂相類似，也是有手腕、手臂、抓手三部分組成，特殊情況下還可以加裝移動行走機構(gòu)，提高機械手運行范圍。抓手的主要作用就是抓取物料，常見的抓取方式為吸附式和手抓式。吸附式抓手是通過所安裝的吸盤來執(zhí)行任務的，電磁式吸盤依靠電磁鐵所產(chǎn)生的磁力來吸附導磁性物質(zhì)，手抓式吸盤就像是人的手一樣抓取物件，所以在實際應用中，主要用來抓取重量較輕，尺寸較小的零件。手腕部分的主要作用是用來調(diào)節(jié)工件的抓舉方位以及角度，它是連接抓手與手臂的關(guān)鍵部分。手臂部分是機械手的主要城中部分，它主要是控制抓手從最佳的角度抓取物件，同時根據(jù)軟件控制系統(tǒng)發(fā)出的信號，按照要求將物件放至準確位置。

4）位置檢測系統(tǒng)

數(shù)控機床機械手位置信號有手臂位置、抓手狀態(tài)、行走位置等幾種，信號檢測系統(tǒng)的主要作用就是用來檢測這幾種信號，然后將信號反饋至主控制系統(tǒng)用來判斷當前各個位置信號是否正確，機械手各部件是否處于正確位置，同時主控制系統(tǒng)向位置檢測系統(tǒng)發(fā)送控制信號，給出機械手下一步操作任務。

2 數(shù)控機床機械手分類

1）按照用途分類

數(shù)控機床機械手可以應用于很多種工業(yè)生產(chǎn)過程中，但是生產(chǎn)內(nèi)容不同所使用的機械手類型也不同。當前數(shù)控機床機械手有專用和通用兩種，所謂專用就是只能夠用于特定的生產(chǎn)過程中，主控系統(tǒng)程序是固定的不能隨意更改的，這種機械手通常情況下用于單一工業(yè)生產(chǎn)過程；所謂通用就是指機械手可以用于不同工業(yè)生產(chǎn)過程，其主控系統(tǒng)程序可以根據(jù)控制需要進行更改調(diào)整，在不同場合提供不同的運動方式。

2）按照驅(qū)動方式分類

驅(qū)動方式?jīng)Q定著機械手的運動方式，它也是區(qū)分機械手類型的重要因素。氣壓機械手是依靠壓縮空氣來驅(qū)動的，這種機械手以空氣為介質(zhì)，制造成本較低，而且能夠廣泛適用于很多高危生產(chǎn)環(huán)境中。此外氣壓機械手的結(jié)構(gòu)相較于其他機械手簡易很多，不需要配備專業(yè)維修人員，所以這種機械手是很多工業(yè)生產(chǎn)控制過程的首選；液壓機械手主要用于質(zhì)量很大的物件抓取，它依靠密封的液壓裝置來提供強大動力，但相應的制造成本也比較高，而且對于維護要求也比較高。

3）按照控制方式分類

現(xiàn)階段數(shù)控機床機械手的控制方式就兩種：點位控制和軌跡控制。點位控制思想就是路徑線段化，將機械手需要運動路徑劃分為規(guī)定距離的細小線段，劃分的線段端點越多，機械手的運動精度就越高，但同時這種控制方式對系統(tǒng)的要求也比較高。這種機械手在當前很多工業(yè)控制過程中被廣泛使用；軌跡控制相較于點位控制而言技術(shù)要求就更高一些，它可以滿足機械手在任意空間范圍內(nèi)的運動，而且運行過程更加的穩(wěn)定準確。這種機械手的控制系統(tǒng)更為復雜，通常情況下需要計算機參與輔助控制。

3 機械手模塊化設計理念

模塊化設計理念是伴隨著工業(yè)制造方式的不斷轉(zhuǎn)變而興起的，它是將一個整體分割成若干個獨立的功能結(jié)構(gòu)，不同部分可以同時設計，然后再組合成一個整體。這種理念簡化了設計過程，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，機構(gòu)中每一個功能及部件都具有較高的獨立性，極大地提高了機構(gòu)的適用范圍。模塊化產(chǎn)品設計中最根本最核心的內(nèi)容就是保證功能結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)的相似性，同時相互獨立的功能部件可以可靠協(xié)調(diào)工作。對機構(gòu)進行模塊設計時可以沿著功能體系和構(gòu)造體系兩條主線進行，因為系統(tǒng)能夠體現(xiàn)出來的任何一項功能，都是建立在其他功能基礎之上的，也就是說系統(tǒng)功能具有上下層關(guān)系。此外，系統(tǒng)中還存在著并列功能形式，即一個功能對應著系統(tǒng)可以實現(xiàn)的多個功能。在進行數(shù)控機床機械手模塊化設計時，我們可以根據(jù)實際作業(yè)的要求來劃分機械手的單元模塊。機械手底座是所有功能實現(xiàn)的基礎，所以要將它設定為整體模塊化設計的基礎，然后再根據(jù)不同結(jié)構(gòu)所承擔的不同功能來設計。經(jīng)過實踐證明，模塊化設計能夠大幅度降低機械手的設計成本，縮減整體設計時間，以最快的速度滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需要。

1）模塊化機械手結(jié)構(gòu)及設計流程

從數(shù)控機床機械手各個機構(gòu)功能的角度出發(fā)，可以將其分為手部模塊、腕部模塊以及臂部模塊。

2）機械手模塊組成及功能分析

（1）手部模塊組成及功能分析

機械手手部模塊中最重要的組成部分就是手指，它主要用來抓取待加工工件。氣動機械手氣爪是當前應用最為廣泛的結(jié)構(gòu)，這種手指能夠自動對中，雙向高精度抓取。常見的有2指氣爪、3指氣爪以及多指氣爪。在實際工業(yè)生產(chǎn)應用中，以抓取棒料為主，例如￠80×6Omm圓柱型工件

聯(lián)接件的作用是控制手指抓取直徑，氣爪運動的最大直徑為D2，最小直徑為D1。外夾持氣爪的夾持力方向是從工件表面指向工件圓心。

（2）腕部模塊組成及功能分析

機械手腕部模塊是由擺動氣缸和聯(lián)接件組成的，它可以保證機械手在90°范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。圖中所示聯(lián)接件1是連接高精度頭型調(diào)節(jié)機構(gòu)與擺動氣缸的，聯(lián)接件2是連接擺動氣缸與氣爪的。

通常情況下，聯(lián)接件都設計有槽與軸相對應的孔，并通過鍵聯(lián)接方式將氣缸與孔連通。采用螺釘固定的方式防止鍵的軸向移動。

（3）手臂模塊組成及功能分析

圖1所示為橫臂模塊的結(jié)構(gòu)圖，橫臂是由ML2B氣缸、聯(lián)接件、導軌三部分組成的。這三部分均安裝在門架橫梁上，而且可以在水平方向自由移動。機械手的橫臂與直臂也是通過連接件連接在一起的，而且通過高精度柔性調(diào)節(jié)機構(gòu)來保證機械手氣爪與機床卡盤的對中精度（圖2）。

參考文獻

[1]劉進長.抓住機遇促成飛躍-我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干思考[J].機器人技術(shù)與應用，2007（3）：7-9.

機械手設計范文第2篇

關(guān)鍵詞：多用途抓取類機械手; 設計; 分析;

在人們的社會活動和生產(chǎn)生活當中, 多用途抓取類機械手發(fā)揮了較大的作用, 能夠幫助人們在危險的環(huán)境中進行各種操作, 目前抓取類機械手在工業(yè)生產(chǎn)中也有較大的發(fā)揮。為了進一步提高抓取類機械手的工作效果, 需要在對不同種類機械手的整體特點和結(jié)構(gòu)進行分析的基礎上, 在機械手端部采取電磁鐵進行吸附連接, 以此來實現(xiàn)多種機械手之間的靈活轉(zhuǎn)換, 形成多用途抓取類機械手, 并且在機械手部分加上壓力傳感器和遠程控制系統(tǒng), 以此來對物品的硬度進行判斷, 從而選擇更加合適的傳動方式和驅(qū)動方式。

1 多用途抓取類機械手的仿真

1.1 建模仿真

目前常見的多用途抓取類機械手主要包括吸盤式、兩爪式和三爪式等類型, 分別在不同場合中進行工作, 在對這些多用途抓取類機械手進行仿真建模的過程中, 其主要包括液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。機械系統(tǒng)是多功能機械手完成各項動作的執(zhí)行結(jié)構(gòu), 通常包括機械手抓、前臂、支架和底座等工作裝置, 在對機械系統(tǒng)進行建模的過程中, 需要對不同的結(jié)構(gòu)配件執(zhí)行最基本的建模命令, 形成相應的機械結(jié)構(gòu)部件。然后根據(jù)機械部件類型的不同, 將機械系統(tǒng)中的機械部件進行相互連接, 主要包括機械手底座與后臂之間的連接, 前臂孔和后臂孔之間的連接, 在機械系統(tǒng)連接完成之后, 對液壓裝置進行裝配, 形成完整的機械手模型[1]。

1.2 對重要元件進行選擇

為了保證多用途抓取類機械手能夠在不同的環(huán)境場合中進行工作, 同時在最大程度上提高機械手的抓取效果, 需要對其中的重要元件進行選擇。這些重要元件主要包括這樣幾個部分:首先是壓力傳感器, 壓力傳感器主要安裝在機械手指之間, 在機械手進行抓取動作的過程中, 壓力傳感器能夠在對物體的硬度進行判斷的基礎上, 對所施加的壓力進行控制, 保證機械手能夠順利地夾取不同硬度的物體, 在壓力傳感器的選擇上, 可以選擇薄片式電阻式應變片來進行使用。另外一種重要元件為PIC控制系統(tǒng), 根據(jù)實際情況來對PLC控制系統(tǒng)設定參考壓力值, 在輸入壓力和參考壓力值進行比較之后, 對電動機的輸出功率進行調(diào)節(jié), 以此來對機械手爪的輸出動力進行控制, 方便機械手爪抓取各種不同硬度的物體, 對于PLC控制器的選擇, 可以使用三菱FX1S-14M T-E S S/UL。對電磁鐵的選擇, 電磁鐵在通電的情況下能夠產(chǎn)生強大的吸附力, 通常應用到吸附式機械手當中, 能夠?qū)ξ矬w產(chǎn)生吸附力, 使物體進行移動或者拾取, 實現(xiàn)各種抓取部件的靈活轉(zhuǎn)換, 對于電磁鐵的選擇需要根據(jù)機械手的類型和使用場合進行確定[2]。最后是對電機的選擇, 電機主要應用到液壓傳動裝置當中, 液壓傳動裝置能夠控制機械手臂進行伸長和縮短, 實現(xiàn)機械手臂的各種動作, 電機能夠通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)液壓桿的油液壓力, 來對機械手臂伸長或者縮短的速度進行定植, 一般情況下, 電機的額定電壓為1.5~6 V之間, 額定電流在0.02~0.5 A之間, 額定轉(zhuǎn)速為6 000~16 000 r/min之間。

2 對機械手的運動形態(tài)進行分析

機械手臂的運動主要體現(xiàn)在前臂、后臂和手掌當中, 在對機械系統(tǒng)的運動形態(tài)進行仿真的過程中, 可以對機械手模型中機械系統(tǒng)的各個部件進行仿真建模, 并且通過S tep函數(shù)來對物體合適的仰俯角度進行控制, 其中需要注意這種角度需要與機械手的活動范圍保持一致。對機械手運動形態(tài)的分析主要包括物體的位移、速度和加速度, 3個轉(zhuǎn)動副輸出力包括手掌和前臂、后臂中間處、前臂和后臂。在對機械手后臂運動和前臂運動進行分析的過程中, 可以采用ADAMS軟件來進行仿真分析, 通過建立相應的模型, 得出機械手臂的運動簡圖, 能夠清晰明了地看出機械手臂機械系統(tǒng)中各個部件的運行形態(tài), 并且在此基礎上對機械手臂的運行形態(tài)和規(guī)律進行分析研究。

3 機械手臂的應力分析

機械手臂的好壞決定著機械手的工作性能, 所以說在對機械手進行設計分析的過程中, 需要對其應力進行分析, 在實際分析的過程中, 可以采用ABAQUS工程模擬有限元軟件來進行, 這種模擬軟件能夠從相對簡單的線性分析到復雜的非線性問題中, 在對機械手臂的應力進行分析的過程中, 就可以以機械手臂為例, 對其靜應力和動應力進行分析, 以此來對機械手工作過程中的應力情況進行控制, 防止機械手由于應力問題產(chǎn)生損壞, 影響實際的工作效果。

3.1 機械手臂的靜應力分析。

利用ABAQUS軟件對機械手臂進行靜應力分析, 在分析之間, 根據(jù)機械手臂的實際結(jié)構(gòu)情況來對荷載進行設置, 一般情況下設置荷載為10 0 M Pa, 在機械手臂上的各個部分進行編號, 觀察編號點應力隨時間的變化情況。在經(jīng)過觀察之后可以發(fā)現(xiàn), 當后臂轉(zhuǎn)動的時候, 軸給后臂以徑向力, 導致后臂發(fā)生形變, 在這樣的過程中, 施加在后臂上的應力較大, 在時間的不斷增加中, 后臂的形變越來越明顯, 這就說明應力越來越大, 在應力持續(xù)增加的情況下, 可能會導致機械手臂出現(xiàn)破損的現(xiàn)象, 影響機械手臂的正常工作。

3.2 機械手臂的動應力分析。

動應力主要指的是機械手臂在運動過程中產(chǎn)生的應力, 機械手在對物體進行抓取的過程中會引起機械手臂的運動, 對抓取物體的平穩(wěn)性和效果產(chǎn)生較大的影響, 所以說一般在對機械手臂動應力分析的過程中, 主要是對是振動作用進行分析, 將利用ABAQUS軟件所形成的模型直接導入動應力分析當中, 對機械手臂的變形結(jié)構(gòu)進行繪制, 通過研究分析之后可以發(fā)現(xiàn), 機械后臂在進行旋轉(zhuǎn)運動的過程中, 會發(fā)生不同程度的振動, 這樣的振動會對機械手的平穩(wěn)性和抓取準確度造成一定的影響, 在對機械手臂的動應力進行分析之后, 能夠得到不同情況下機械后臂的振動特點和規(guī)律, 對后臂的設計提供依據(jù)[3]。

4 結(jié)語

文章在對多用途抓取類機械手臂機械系統(tǒng)中各個作業(yè)部件進行仿真建模, 并且在此基礎上, 對機械手中所應用的重要元件進行選擇, 保證多用途抓取類機械手臂能夠?qū)崿F(xiàn)不同抓取部件之間的轉(zhuǎn)換, 并且通過對機械手臂的運動和應力進行分析, 能夠研究出機械手臂的運用規(guī)律和應力變化情況, 保證機械手的正常使用。

參考文獻

[1]聶永芳, 許家寶.多用途抓取類機械手設計及分析[J].煤礦機械, 2016, 37 (12) :83-85.

機械手設計范文第3篇

關(guān)鍵詞：機械手; 生產(chǎn)效率; 發(fā)展方向;

機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備, 是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置, 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中, 機械手被廣泛的運用于自動化生產(chǎn)線中, 機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領域內(nèi), 迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù), 它更加促進了機械手的發(fā)展, 使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器, 它有多個自由度, 可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。

1 包裝生產(chǎn)線搬運機械手設計

工業(yè)機械手可以用于簡單重復的操作方面節(jié)省人力, 其效用是代替從事繁重的工作, 危險的工作, 單調(diào)重復的工作和惡劣環(huán)境下的工作等方面尤其明顯。通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務, 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活, 但它具有能不知疲勞不斷重復和勞動, 精確度高、不懼危險, 抓舉重物的力量比人手大等特點, 因此機械手越來越廣泛的得到了應用。目前國內(nèi)外應用于生產(chǎn)實際的工業(yè)機器人特別是示教再現(xiàn)性機器人不斷增多, 而且計算機控制的也有所應用。

1.1 搬運機械手工作原理

本次設計鑒于生產(chǎn)線搬運托盤抓手的局限性 (對小于等于一定尺寸的箱子適用) , 搬運的箱子的尺寸大于給定的尺寸, 無法對其搬運。主要是對托盤上的一些擋板設計的不合理 (不可調(diào)節(jié)尺寸大小) , 所以要對其加以分析, 設計, 使其應用范圍更廣。

該機械手主要是對物料進行抓取, 采用氣壓傳動方式驅(qū)動, 氣缸最大壓力為0.4MPa。機械手的抓取部分為插齒式, 采用2個兩個不同的氣缸與之相互動作, 實現(xiàn)物料的抓取。機械手工作時, 其中氣缸推動活塞桿運動, 根據(jù)物料的大小對物料進行固定。當機械手到達所指定位置后, 控制插齒的氣缸運動, 活塞桿收回, 物料落下, 再次返回取料位置, 在返回途中氣缸運動, 使其回到初始狀態(tài)。

1.2 搬運機械手組成部分

包裝生產(chǎn)線搬運機械手機械部件主要包括手部, 手臂前后伸縮部分, 夾板上下升降夾緊結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)接部分以及支撐架。

手部工作原理:物體進入機械手指之后, 通過上下氣缸作用, 使夾板加緊物件, 機身轉(zhuǎn)動到指定位置, 前后向氣缸使機械手的手部向后縮, 實現(xiàn)物件的移動。

手臂的前后伸縮部分:由直線氣缸帶動實現(xiàn), 當直線氣缸工作時通過活塞桿行程的變化, 順著前后導程方向, 完成手臂的伸縮運動。

機械手的夾緊結(jié)構(gòu)工作原理:當物體進入機械手的手部時, 上下氣缸的開始工作并通過活塞桿行程的變化, 沿著上下導程方向, 使夾板向下夾緊物體, 物體被固定后通過機械手的機身的旋轉(zhuǎn), 使物件放于指定位置。

1.3 搬運機械手的工作流程:

機械手的原位機械手前伸物體放于機械手上機械手向下伸縮壓緊物體, 使其固定機械手機身向左回轉(zhuǎn)90°機械手松開工件機械手向上運動松開物體, 使其松動機械手向后縮, 放下物體機械手機身向右回轉(zhuǎn)90°機械手前伸機械手復位依次循環(huán)。

2 機械手的設計參數(shù)

機械手的設計參數(shù)包括:機械手的最大抓重、運動速度、手臂伸縮行程、工作半徑和定位精度。

首先, 機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù), 目前機械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。

其次, 運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求, 設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是上下導程及前后導程的速度。機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在。

再次, 除了運動速度以外, 手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑, 必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。

最后, 定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為土0.5~±lmm。

3 設計特點

包裝生產(chǎn)線搬運機械手與傳統(tǒng)搬運機械手不同特點:

(1) 本設計包裝生產(chǎn)線搬運機械手可抓取10kg-15kg的物體, 可以解決一般物體的抓取, 提高搬運時工作效率, 并且有較高的重復定位精度。

(2) 包裝生產(chǎn)線搬運機械手擋板和夾板都由氣壓缸控制, 可隨搬運時箱子的大小來設定擋板和夾板的位置, 從而避免搬運時箱子的尺寸大于給定的尺寸, 無法對其搬運。

(3) 包裝生產(chǎn)線搬運機械手搬運物體穩(wěn)定性好, 夾緊效果好。

4 結(jié)束語

(1) 鑒于生產(chǎn)線搬運托盤抓手的局限性, 搬運的箱子的尺寸大于給定的尺寸, 無法對其搬運。對托盤上的擋板設計的不合理 (不可調(diào)節(jié)尺寸大小) , 對其加以分析, 設計, 使其應用范圍更廣。

(2) 包裝生產(chǎn)線搬運機械手具有能不斷重復和勞動, 不知疲勞, 精確度高、不懼危險, 抓舉重物的力量比人手大的特點, 可以代替從事繁重的工作, 危險的工作, 單調(diào)重復的工作, 使生產(chǎn)效率大幅度提高。

參考文獻

[1]王世斌, 亢一瀾.材料力學[M].北京:高等教育出版社, 2007.

[2]濮良貴, 紀名剛.機械設計[M].第七版.北京:高等教育出版社, 2001.

[3]孫振燕.氣動搬運機械手的機械結(jié)構(gòu)設計思考[J].裝備制造技術(shù), 2014 (3) .

[4]王建軍.搬運機械手仿真設計和制作[J].機械設計與制造, 2013, 01 (01) :49-52, 56.

[5]韋堯兵, 姜明星, 劉軍, 等.氣動搬運機械手虛擬設計[J].液壓與氣動, 2009, 03 (05) :04-06.

機械手設計范文第4篇

關(guān)鍵詞：PLC控制；包裝工藝；PID模糊控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.223

0 引言

對于企業(yè)來說，面粉包裝的機械化能再提高面粉包裝效率的同時大大節(jié)省勞動力成本。采用機械化包裝的面粉，不僅包裝效率極高，且包裝的品質(zhì)十分穩(wěn)定。采用PLC控制的更加先進和高效面粉包裝機械手的設計，是各大面粉廠家進行研發(fā)的重點目標，也是小型面粉生產(chǎn)廠家對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級換代的一個必由之路。

1 主要功能設計

面粉包裝機械手需完成指定的工作循環(huán)，同時要根據(jù)循環(huán)過程中的反饋對循環(huán)進行協(xié)調(diào)。具有調(diào)節(jié)壓力、時間、溫度和速度的功能，具有質(zhì)量檢測、自動計量計數(shù)、完整的安全策略和根據(jù)客戶需要提供的可視化操作平臺等功能。

控制系統(tǒng)由PLC控制確定精度，并可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)各項系統(tǒng)參數(shù)，本系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以讓機械手系統(tǒng)在效率和節(jié)約方面調(diào)節(jié)側(cè)重。總體來說設計包含軟件和硬件兩大部分，其中，軟件控制部分包含的主要內(nèi)容即對利用智能模糊PID控制結(jié)合快速逼近算法實現(xiàn)的封口過程的精確定位研究，結(jié)合此項工作進行PLC硬件選型，編寫控制程序。如果需要，同時應開發(fā)相應的人機界面來實現(xiàn)監(jiān)控和手動調(diào)節(jié)功能。硬件部分的設計需：（1）閉環(huán)系統(tǒng)的整體設計；（2）電機、變頻器、PLC控制器和光電編碼器等硬件的選型；（3）根據(jù)系統(tǒng)要求，確定系統(tǒng)I/O設備數(shù)量，模擬量的通道數(shù)量；（4）建立帶有說明的I/O功能分配表。

2 設備組成及包裝工藝

如圖1所示，開機時，電機啟動，通過傳動機構(gòu)帶動拉膜帶勻速轉(zhuǎn)動，該速度可根據(jù)包裝規(guī)格調(diào)整。拉膜外側(cè)是高彈力膠帶，內(nèi)側(cè)為正向齒形帶，這種結(jié)構(gòu)可以極大地加強薄膜與皮帶的摩擦力，包裝材料隨著機械手運轉(zhuǎn)向下運動，經(jīng)過糾偏槽到達成型機，這樣就可以對其進行桶狀處理，進而加熱、加壓和縱向熱封。

封構(gòu)機在運行前回到原始位置，包裝材料色標達到傳感器時，傳感器啟動橫向封口電機，每個封口器都有前后兩部分組成，且采用彈簧鏈接。在工作循環(huán)中，兩個橫向封口機構(gòu)能夠進行互相擠壓產(chǎn)生一定的R縮行程，采用這種設計，使兩個橫封頭的回轉(zhuǎn)中心的中心距小于兩者的回轉(zhuǎn)半徑和。豎直方向上封口機的運動會完成包裝袋的橫向熱封和切斷，同時，啟動計量螺桿，橫封機構(gòu)回位，等待傳感器采集的下一個色標指令。

關(guān)于包裝工藝，主要涉及供料、橫向封裝、縱向封裝和切斷四個方面。本設計主要以各類傳感器輸入和異步電機通過PLC的控制配合，將生產(chǎn)需求轉(zhuǎn)化為精準控制的過程，達到對生產(chǎn)工藝可控化。

3 PLC設計

首先是確定控制方案和選型。根據(jù)統(tǒng)計，本設計系統(tǒng)具有14個開關(guān)量輸入，7個輸出，4個模擬量輸入和兩個輸出，根據(jù)I/O點數(shù)需求及冗余設計，選擇EM232模擬量I/O模塊和EM231熱電偶PID模塊。這樣，基本保證了光標檢測、手動運行、聯(lián)鎖自動運行、電機速度反饋等。開關(guān)量可以控制設備的產(chǎn)品輸送管路電磁閥、輸送監(jiān)視系統(tǒng)、橫封縱封電機和信號指示系統(tǒng)等。4個模擬量控制熱電偶溫度輸入和橫封縱封的加熱器溫度等。利用MOBUS總線RS485通信調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率控制包裝機電機的轉(zhuǎn)速從而達到對工藝的控制。

在此硬件結(jié)構(gòu)基礎上，我們開發(fā)了手動和自動兩種控制模式。手動模式中，操作員跳過PLC主機啟停相應異步電機從而達到控制灌裝量的目的?？刂破?、執(zhí)行器件等開始執(zhí)行相應循環(huán)。同時，操作員操作循環(huán)可以保存相關(guān)參數(shù)，進行自動模式下的循環(huán)過程。手動模式的主要目的是調(diào)試和修改生產(chǎn)參數(shù)。

自動模式中，PLC根據(jù)預設參數(shù)，自動執(zhí)行循環(huán)包裝流程。該模式下，操作員依舊可以通過修改參數(shù)干預循環(huán)過程，但此過程不打斷生產(chǎn)。只需在調(diào)整完成后監(jiān)視生產(chǎn)情況和指示燈，在遇緊急情況是介入停機或采取其他操作。同時，自動模式還具有光標模式，按照給定長度進行封裝，無需橫向封裝的絕對準確。

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機械手設計范文第5篇

關(guān)鍵詞：機械手；PLC；ADAMS；上下料；自動化

引言

機械手是在工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的自動化設備，它通過模仿人的手臂，按照設定的路徑等參數(shù)進行物件的抓取、搬運和其他操作。它主要包括執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分，控制系統(tǒng)一般采用DSP、單片機、PLC等芯片，時時控制各電機運動。驅(qū)動機構(gòu)主要包括各種電機，執(zhí)行機構(gòu)主要是仿生手臂用來進行相關(guān)的操作。由于要進行較為復雜的操作需要多關(guān)節(jié)進行協(xié)同，所以多自由度機械的控制是基礎，一般采用六自由度或四自由度的結(jié)構(gòu)，自由度越多，其靈活性越大、操作范圍越廣。

自動上下料操作是指在工廠和數(shù)控加工中周期性的給機器和機床上下料。由于此項操作重復性強、危險性高、工作強度大，已經(jīng)不再適合手工操作，于是自動化的機械手取而代之。機械手可以快速準確地長時間作業(yè)，定位精度高，環(huán)境適應性很好，尤其是其抓舉運輸可以超過人力很多，便于工業(yè)生產(chǎn)，所以對機械手進行研究并使其應用到上下料生產(chǎn)中十分必要。

1總體設計

機械手的設計方案如圖1所示，該方案主要由HMI、PLC、驅(qū)動系統(tǒng)及機械手本體四個部分組成。

1.1機械結(jié)構(gòu)設計方案

機械手的機械結(jié)構(gòu)較為復雜，需要確定機械手自由度、行程和速度參數(shù)，電機選型和各軸的轉(zhuǎn)動方式。

之所以為機械手添加6自由度，是為了保證機械手可以抵達任意位置，其中位置自由度3個，姿態(tài)自由度3個。通過簡化分析，滿足基本的上下料操作，機械手設計包括4軸4自由度，分別是X軸、Y軸、Z軸和RZ軸。機械手的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。機械手沿X軸進行水平方向的左右移動；沿Y軸進行水平方向的前后移動；沿Z后軸進行豎直方向移動；沿RZ軸可繞Z軸旋轉(zhuǎn)。

機械手的運動需要電機進行驅(qū)動，它的主要動作特性與電機參數(shù)息息相關(guān)，所以對于電機的選型是必要的。一般而言，電氣式機械手常用的電機類型有伺服電機和步進電機。為使機械手能夠快速移動，要求軸電機的額定轉(zhuǎn)速要高、額定輸出轉(zhuǎn)矩還應較大。因此，X、Y、Z軸常選用伺服電機。但是對于RZ軸，由于其負載較小，精度要求較高，所以可以選擇簡單實用的步進電機。

電機驅(qū)動的傳動方式有多種，常見的機械手傳動方式包括同步帶傳動、滾珠絲桿傳動和齒輪齒條傳動。其中同步帶傳動是應用較多，其簡單易用，保養(yǎng)方便；滾珠絲桿傳動由于精度高、噪音低，常用于高精度的傳動場合；齒輪齒條傳動的特點是動力足、壽命長，但是噪音較大。綜合以上多種傳動方式，從精度要求和成本考慮，本文設計的機械手的X軸和Y軸采用同步帶傳動，Z軸采用齒輪齒條傳動。

1.2控制系統(tǒng)設計方案

機械手的控制系統(tǒng)設計方案如圖3所示，HMI與PLC進行數(shù)據(jù)交換，向PLC傳送數(shù)據(jù)和運動控制命令的同時接收傳回的數(shù)據(jù)，并進行時時顯示。

2機械手關(guān)鍵參數(shù)設定

綜合評價機械手的行動能力將以最大速度、負載能力、位置偏差閾值等參數(shù)為標準，這就需要確定電機的額定轉(zhuǎn)速、電機的額定轉(zhuǎn)矩、減速器的減速比、同步帶輪節(jié)徑等。由于機械手X軸的受力最為復雜，現(xiàn)以X軸為例來詳細分析關(guān)鍵參數(shù)的設定過程，隨后可用相同的方法確定其他軸的參數(shù)。

首先根據(jù)經(jīng)驗選擇一個伺服電機，經(jīng)計算滿足設計要求后，進行下一處電機的確定。首先畫出X軸的示意圖，如圖4所示。通過分析，可以計算出X軸負載的轉(zhuǎn)動慣量JL，X軸最大移動速度Vmax，機械手加速過程中電機的最大輸出扭矩Tmax等參數(shù)。

3控制系統(tǒng)硬件設計

機械手控制系統(tǒng)的硬件設計主要包括X軸、Y軸、Z軸伺服驅(qū)動器的選擇、RZ軸步進驅(qū)動器的選擇、PLC及擴展單元的選擇等硬件的設計，由于篇幅所限，只以PLC的選擇為例進行說明。

PLC是可編程邏輯控制器，通過數(shù)字或模擬輸入輸出控制整個機械生產(chǎn)過程。上下料機械手需要控制3個伺服電機和1個步進電機，所以PLC選型時應具有4路高速脈沖輸出功能。

本例選擇CP1H-Y20DT-D型PLC作為機械手的控制器。根據(jù)控制要求給各個控制對象分配IO地址，這樣便于PLC尋址和精確控制被控對象。由于各個軸上具有光電開關(guān)、減速器等裝置，需要對其進行IO地址的分配。當上下料開始時，PLC輸出數(shù)字信號令錠床開始加工，當銳床加工結(jié)束后，PLC收到信號，繼而進行下料操作。

4控制系統(tǒng)軟件設計

PLC的高速計數(shù)器功能和串口通訊功能都將被實用，所以應先編程設置PLC，如D5所示。

在設置完P(guān)LC具體參數(shù)后，需要明確機械手的上下料過程即取料、上料及下料階段，通過圖6表示機械手上下料全過程。

機械手先從原點P0向P1點運動，當?shù)竭_P1點后機械手松開，向下運動到P2點，夾爪閉合抓取工件后回到P1點；機械手夾持著工件向P3點運動，在P3點向下運動至P4上料，然后機械手運動到P3點，再運動到P5點，機械手給銑床上料完成；當加工完成后，機械手經(jīng)過P6-P7-P6-P8等點的操作后，完成下料，并將工件放置在傳送帶上，最后其運動回P0點循環(huán)進行下一作。

控制程序方案包括回原點、示教、軌跡規(guī)劃和軌跡執(zhí)行四個部分；回原點操作意在令機械手上電后或者上下料結(jié)束后回到其坐標原點；示教是示教出空間上的坐標點，并存儲到PLC的內(nèi)存區(qū)；軌跡規(guī)劃是指定軌跡上的點與示教庫中點的關(guān)系，通過軟件實現(xiàn)軌跡與示教庫信息的吻合，保證運動精度；軌跡執(zhí)行部分用來設置運動時的軌跡的編號、減速比、時間量等參數(shù)。

5結(jié)論

本文設計了基于PLC控制的機械手，確定了機械手的結(jié)構(gòu)設計方案，分析了機械手三個軸的關(guān)鍵參數(shù)，明確了機械手控制系統(tǒng)硬件部分的元器件選型，提出了上下料過程中的控制程序基本思路，明確了回原點、示教、軌跡規(guī)劃以及軌跡執(zhí)行等程序方案。相信隨著自動化領域的不斷進步，基于PLC控制的機械手將會在精確度等方面實現(xiàn)新的突破，廣泛應用于現(xiàn)代化工廠的上下料生產(chǎn)中，逐漸代替人工操作。

參考文獻：