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 二 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 下降 夹紧 上升 顺时针回转 下降 松开 上升 机械手的工作臂都设有限位开关 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 A B 工件 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 夹紧 松开 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 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 二二 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 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 故 60 2 48 30 24 故 R 24mm 直径 D 48mm 由下图可知 最大夹持范围 1 54 式中 s 为螺杆与机械手臂之间连杆的长度 图 7 搬运机械手受力图 计算夹紧力 夹紧力的大小与所夹持的工件重量有关 这里给出夹持工件 的摩擦系数 0 7 0 8 F1 2 2 F1 100 54 100 2 1 54 2 图 8 搬运机械手受力示意图 设与连杆间的夹角为 与螺杆间的夹角为 则 2 F1 F3 2 2 则 3 1 1 54 2 2 1 54 选择螺杆的摩擦角 螺旋升角 则驱动力 F 2 2 1 54 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 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 AT89C52 微处理器单元 A D 数模转换器 放大电路 限位开关 信号转换 看门狗电路 晶振 功率放大电路 电机转动 LCD显示 电源 蜂鸣器报警电路 LED 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 电机M2启动 逆时针 限位开关 SQ3 控制转台旋转 转至第一个平台 否 电机M1启动 电机M2停转 是 控制转台下降 限位开关 SQ1 电机M1停转 机械手闭合 电机M1反转 限位开关 SQ2 电机M12反转 顺时针 电机M1停转 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 打开机械手 电机M1反转 是 否 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 限位开关 SQ6 电机M4启动 正转 限位开关 SQ8 是 否 否 结束 是 控制机械手 的开与合 控制机械手的伸与 缩 检测机械手是否收 缩到指定位置 检测机械手是否张 开到指定角度