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基于 plc 自动化 车间 物料 搬运 机械手 及其 控制系统 设计 全套 cad 图纸

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第 二 章 总 体 方 案 确 定- 4 -第二章 总体方案确定2.1 总体方案论证机 械 手 主 要 由 执 行 机 构 、 驱 动 系 统 、 控 制 系 统 以 及 位 置 检 测 装 置 等 所 组成 。对 气 动 机 械 手 的 基 本 要 求 是 能 快 速 、 准 确 地 拾 一 放 和 搬 运 物 件 ， 这 就 要求 它 们 具 有 高 精 度 、 快 速 反 应 、 一 定 的 承 载 能 力 、 足 够 的 工 作 空 间 和 灵 活 的自 由 度 及 在 任 意 位 置 都 能 自 动 定 位 等 特 性 。 设 计 气 动 机 械 手 的 原 则 是 :充分 分 析 作 业 对 象 (工 件 )的 作 业 技 术 要 求 ， 拟 定 最 合 理 的 作 业 工 序 和 工 艺 ，并 满 足 系 统 功 能 要 求 和 环 境 条 件 ;明 确 工 件 的 结 构 形 状 和 材 料 特 性 ， 定 位 精度 要 求 ， 抓 取 、 搬 运 时 的 受 力 特 性 、 尺 寸 和 质 量 参 数 等 ， 从 而 进 一 步 确 定 对机 械 手 结 构 及 运 行 控 制 的 要 求 ;尽 量 选 用 定 型 的 标 准 件 ， 简 化 设 计 制 造 过 程 ，兼 顾 通 用 性 和 专 用 性 ， 并 能 实 现 柔 性 转 换 和 编 程 控 制 .本 次 设 计 的 机 械 手是 通 用 气 动 机 械 手 ， 是 一 种 适 合 于 小 批 生 产 的 、 可 以 变 动 作 程 序 的 自 动 搬 运或 操 作 设 备 生 产 场 合 。2.1.1 机械手手臂结构方案设计按 照 抓 取 工 件 的 要 求 ， 本 机 械 手 的 手 臂 有 四 个 自 由 度 ， 即 手 臂 的 夹 紧 、左 右 回 转 、 左 右 伸 缩 和 升 降 运 动 。 手 臂 的 回 转 和 升 降 运 动 是 通 过 立 柱 来 实 现的 ， 立 柱 的 横 向 移 动 即 为 手 臂 的 手 臂 的 左 右 伸 缩 ， 手 臂 的 各 种 运 动 由 气 缸 来实 现2.1.2 机械手驱动方案设计气 压 传 动 的 优 点 ：1.对 于 传 动 形 式 而 言 ， 气 缸 作 为 线 性 驱 动 器 可 在 空 间 的 任 意 位 置 组 建 它所 需 的 运 动 轨 迹 ， 安 装 维 护 简 单 ；2 工 作 介 质 是 取 之 不 尽 、 用 之 不 竭 的 空 气 ， 空 气 本 身 不 花 钱 。 排 气 处理 简 单 ， 不 污 染 环 境 ， 成 本 低 。 压 力 等 级 低 ， 使 用 安 全 ；3.气 缸 动 作 速 度 一 般 为 50 500mm/s， 比 液 压 和 电 气 方 式 的 动 作 速 度快 ， 其 间 ， 通 过 单 向 节 流 阀 ， 可 使 气 缸 速 度 无 级 调 节 ；第 二 章 总 体 方 案 确 定- 5 -4.可 靠 性 高 ， 使 用 寿 命 长 。 电 器 元 件 的 有 效 动 作 数 约 为 数 百 万 次 ， 而 进口 的 一 般 电 磁 阀 的 寿 命 大 于 3000 万 次 ， 小 型 阀 超 过 一 亿 次 ；5 利 用 空 气 的 可 压 缩 性 ， 可 储 存 能 量 ， 实 现 集 中 供 气 ；6.全 气 动 控 制 具 有 防 火 、 防 爆 、 耐 潮 的 能 力 。 与 液 压 方 式 相 比 ， 气 动 方式 可 在 高 温 场 合 使 用 ；7.由 于 空 气 损 失 小 ， 压 缩 空 气 可 集 中 供 应 ， 远 距 离 输 送 。根 据 以 上 优 点 可 知 道 气 压 传 动 系 统 的 动 作 迅 速 ， 反 应 灵 敏 ， 阻 力 损 失 和泄 漏 较 小 ， 成 本 低 廉 因 此 本 机 械 手 采 用 气 压 传 动 方 式 。2.1.3 机械手控制方案设计综 合 分 析 机 械 手 的 动 作 要 求 ， PLC 在 机 械 手 中 需 要 完 成 的 控 制 功 能 较多 ， 控 制 精 度 较 高 ， 运 算 速 度 较 快 且 具 有 数 据 处 理 能 力 ， 并 考 虑 整 个 系 统 的经 济 和 技 术 指 标 ， 由 于 PLC 的 输 出 电 流 较 小 ， 需 要 用 功 率 模 块 来 控 制 比 例液 压 阀 ， 选 用 西 门 子 公 司 的 S7-200 系 CPU226 型 PLC， 其 I O 功 能 和 指令 系 统 都 能 满 足 对 该 机 械 手 的 控 制 要 求 。 控 制 按 钮 、 各 处 的 行 程 开 关 及 压 力继 电 器 等 开 关 量 信 号 直 接 与 PLC 的 输 入 端 子 相 连 ， PLC 的 开 关 量 输 出 端 子直 接 与 各 个 电 磁 阀 相 连 ， 用 PLC 上 所 带 的 24V 电 源 或 外 接 24V 电 源 驱 动 ，采 用 编 程 软 件 (STEP 7-Micro WIN V4 4 版 )进 行 编 程 和 运 行 监 控 。2.1.4 机械手主要参数a.主 参 数机 械 手 的 最 大 抓 重 是 其 规 格 的 主 参 数 ， 本 设 计 机 械 手 最 大 抓 重 以 1kg为 数 最 多 。 故 该 机 械 手 主 参 数 定 为 1kg。 b.基 本 参 数运 动 速 度 是 机 械 手 主 要 的 基 本 参 数 。 操 作 节 拍 对 机 械 手 速 度 提 出 了 要 求 ，设 计 速 度 过 低 限 制 了 它 的 使 用 范 围 。 而 影 响 机 械 手 动 作 快 慢 的 主 要 因 素 是 手臂 回 转 的 速 度 。该 机 械 手 最 大 升 降 速 度 设 计 为 100mm/s， 最 大 回 转 速 度 设 计 为 450/s。 平 均 升 降 速 度 为 80m/s， 平 均 回 转 速 度 为 90/s。第 二 章 总 体 方 案 确 定- 6 -2.1.5 机械手的技术参数列表A.设 计 技 术 参 数 :a)抓 重1 公 斤 (夹 持 式 手 部 )b)自 由 度 数4 个 自 由 度c)最 大 工 作 半 径279mmd)手 臂 最 大 中 心 高684.5mmB.手 臂 运 动 参 数夹 紧 行 程 50mm夹 紧 速 度 50mn/s升 降 行 程 100mm升 降 速 度 100mm/s