机械手的设计

摘要关键词机械手；单片机；自动化；驱动系统0.1机械手概述0.2机械手组成及分类0.2.1机械手组成执行机构驱动系统控制系统构要数回转液(气)压缸，此机构简单、紧凑、灵巧，回转角度一般小于270°,密a.直角坐标型b,圆柱坐标型c.关节型图0-20.2.1.2驱动系统气压传动液压传动电气传动机械传动系统结构简单复杂复杂较复杂安装自由度大大中小输出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高动作速度大稍大大小响应速度慢快快中清洁度清洁可能污染清洁较清洁维护简单比气动复杂需要专门技术简单价格一般稍高高一般技术要求较低较高最高较低控制自由度大大中小危险性几乎没问题注意火一般无问题无特殊问题图0-30.2.1.3控制系统通过对执行机构发出指令让其运动，并通过配置多种传感器(如位置、力、触觉、0.2.2机械手分类3)按控制，分固定程序和可编程机械手。第一章机械手的设计方案1.1设计要求平台的零件从生产线A搬运到下一个工序的生产线B,并且工件状态由平放状态变成竖起机械手机械手工件生产线A图1-11.2.1机械手的坐标形式设计1.2.2机械手的结构方案设计1.2.3机械手的驱动方案设计1.2.4机械手的控制方案设计(1)在生产线A的工件放置平台上安装一光电传感器，一旦把工件送到工件放置平(2)直流电磁得电吸铁将工件吸起来，动作完成后；手部的液缸位(即复位),此时放置平台光电传感器以及手部的液缸上的另一传感器得到信号；信号(3)手部的液缸复位后，机械手得到指示，指示机械手的手臂(4)旋转到位后，控制系统指示手臂旋转电机正转，使机械手朝生产线B的工件放置平台正转180°,当手臂碰撞到旋转盘限位发出信号，旋转结束同时将信号传给控制系(5)控制系统得到信号后，发出让手部液缸伸出(下移)动作，由位移传感器得到(6)到位后，单片机控制手臂上下运动电机下降，将工件准确生产线B工件放置工(7)放置完成，手臂上升、手部液缸复位，机械手手臂旋转电机反转180°,手臂缩c、座标型式i、控制方式j、驱动方式5个自由度第二章机械手的机械结构设计2.1手部设计液缸η取0.95,查表2-0,可知P取0.5MPa。负载F/KN工作压力P/MPa根据设计技术参数要求工件由原来的抓取时的平放，而在抓取后需要把工件竖直放(2)、油缸(伸缩)及其配件的估算扭矩M2M2=F×S=2.5×9.8×0.1=4.9(NF1=150(N)(估算值)S=20mm(估算值)(5)、由公式T=P×b(ΦAl²-中mm²)×10⁶/8所以得出又因为所以2.3臂部设计手臂带动机械手在空间的运动。手臂在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。此次手臂的伸缩运动采用液压驱动，升降以及回转由电机来驱动。手臂上升下降利(3)臂部升降设计臂部使用了两个电机，一台是带动机械手的上升下降运动；另外一台是带动整个机械手的回转运动。把带动机械手升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电时间为3s,加减速时间比为25%,联轴器的质量为0.05kg,直径为50mm,取摩擦系c.负载转矩受力分析如下图2-1:负载转矩TL=(FPs)/(2πη)d.克服惯量的加速度转矩直线运动与平台负载代入数据J=0.00015kgm²滚珠丝杆惯量JB=πpL₃Dg⁴/32=0.000016kgm²因此启动转矩为T₈=2πNm(Jx+Ji)/(60t₁)直线导轨v图2-1选安全系数为2侧Tn=(T₁+Ts)*S电机惯量J=0.0002kgm²根据以上计算电机型号我们选择为Y80M1-4型电机，其额定电压为交流电380V,额定功率为0.55KW,电机具体参数如下图2-2:型号额定功率额定电流A转速效率%功率因素堵转转矩堵转电流最大转矩额定转矩额定电流额定转矩图2-2∵负荷与电机惯量比I₁=2.04当负荷与电机惯量比大于5时，应考虑采用减速装置来提高惯量匹配∴减速机减速比i=1(4)臂部回旋转电机设计初选转速W=90°/sn=1/4转/秒=15转/分由于齿轮i=3减速器i=30所以n=15×3×30=1350转/分选择Y90S-4型，其采用的是绝缘为B级、防护等级为IP44、冷却方式为全封闭自扇冷却、380V为其额定电压、额定功率为1.1KW的笼型异步电动机。电机参数如下图2-3:型号额定功率额定电流A转速效率%功率因素堵转转矩堵转电流最大转矩额定转矩额定电流额定转矩为了降低转速、增加转矩、满足工作需要，采用闭式传动装置，使其减速器的原动蜗杆的材料为38siMnMo调质中心矩a=80传动比I=30传动惯量0.265×10-³kg·m²第三章机械手的控制部分设计3.1液压系统的设计9图3-1手部液压原理图1、手部液压设计原理图如图3-1所示图3-2手腕回转缸回路1、手腕回转液压设计原理图如图3-2所示图3-3手臂伸缩液压缸回路1、手臂伸缩液压缸回路如图3-3所示1、液压系统总回路图如图3-4所示②图3-4液压系统总回路由传动功率公式N=P×Q/ηN=10×80×10³×10⁶/60×0.8所以我们选择电动机JQZ-61-2型电动机，额定功率为17KW,转速为2940r/min。为了使回路中的液体压力不会产生过高，我们设计了电磁阀进行卸荷(通过11DT和12DT得电),同时为了确保回路正常工作我们还追加了过滤器(WT37-25)以及压力表 3.2控制系统的设计1.单片机选型根据设计要求，我们初步采用含8位微处理器；片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节；具有5个中断源，2级中断优先权；片内有2个16位的定时器/计数器，具式码名称单片机内上险通信13+涕50正快甲检+a1A2第与l附反阵罩B佛止扬帘第.2原体核5骗出1I手部下-3T.之手探后替-T手精编N123《我们从上图的I/0接口表可知，该机械手的输入点共有15个，输出点共有12个；按照点数要求，系统需要扩展1片I/0芯片。具有3个8位并行I/0的8255芯片能满足要加扩充存储器。根据图3-6电路所示，我们可以定义8255模块中逻辑0的是CS端口及P2.7端口，定义其它地址线为逻辑1;芯片8255地址分配如下：PA口：7FFC,PB口：3)系统输入输出接口电路设计DC24V信号转换为单片机能够接受的直流电压5V,因为电压的不同在转换中我们需要考虑图3-7输出电路图在输出电路中，主要是为驱动各个元器件动作，在切换电压过程中或输出过程中，同样需要避免执行机构对芯片产生噪音干扰。因此我们选择TLP521光耦消除干扰以及电压转换，同时追加8050三极管来提高输出驱动能力，如图3-8所示输出电路。电路中经光电隔离，通过三极管驱动继电器或者指示灯动作，最终达到控制机械手的目的。这林检ktT作盾示o图3-8输出电路图4)软件设计机械手的控制方式有手动与自动，在此我们采用上位机来实现机械手的自动控制，由通过串口协议可以实现将机械手的工作状态发送到上位，而上位机的指令发送给机械手。要求进行运行，具体流程如图见图3-10所示。初始化串行通信异步、双工，初始化8255中的PA,PB和P1.0、P1.1、P1.2为0,此时机械手处于停止。而通过机械手自身的控制N限位到了吗NYNYNYYy限位到了吗机械手下降初始化