机械手及控制系统设计.docx
摘要
本文的设计是要建立一个自动搬运站,应用在生产线之中。其传动方式设计为气压气缸式,即借助于液压气缸来驱动与控制各个机械臂的运动,从而实现货物的搬运。在控制环节则使用了自动化可编程技术,从而达到了在自动搬运效率的最大化。[1]
课题从气动机械部分、气动部分和机械控制三个大部分对气动列车机械手功能进行分析设计,要求气动机械手能够实现上下行车站之间的机械搬运移动功能。机械部分主要重点目的是为了总体机械结构的基本设计、各个机械气缸的部位选择和总体安装方式设计、各机械零部件的总体结构设计等,气动部分主要目的是用于给出了机械搬运员和机械手的整体气动工作原理设计图,而程序控制调试部分则主要目的是为了程序的基本设计和控制调试,论文主要采用了对西门子(s7-200)程序指令进行编程,给出了程序相应的梯形图、语句和列表和简单的工作流程设计图。
关键词机械手自动搬运结构设计PLC
引言
1.1课题的背景和意义
最近几十年以来,气动技术在控制领域有了很大的发展,特别是在很多生产线的自动化运用中,它的影响力十分巨大。而气动技术与可编程控制技术的结合,能够让控制系统拥有更高程度的自动化,而且实现了更加灵活与可靠的控制效果。如今,柔性化生产、气动机械臂的产生与应用,气动控制提出了更为严格的要求。[3]
用于工业机械通用自动机的工械手,因为它本身具有独立的工业机械自动控制器和传动系统、程序可变换性强、能够在特定的的空间中完成各类操作动作,以实现物体的转移。其动作变换方式更加灵活多样,适用于各种类型可自动快速变换通用机械手的生产和各种同品种的中、小批量大型工业机械自动化通用机械手的生产,广泛应用于各类工业各种柔性机械生产线的自动化。这些年来,由于气动机械技术的突破,大量的气动元件及其制造机等已越来越多地广泛应用于气动气体机械手中,构成现代气体运动手的主要机械手。[5]
气动增压气缸控制机械手的全部气缸机械控制动作由一台采用液压电磁阀驱动进行液压控制的电动增压气缸式发电机进行驱动。其中,上升、下降和左移、右移分别由双向单向电线圈驱动放紧两位方式驱动放紧电磁阀系统进行驱动控制,机械手的放松、夹紧也由双向单向电线圈驱动放紧两位方式驱动夹紧电磁阀实现动力运动与自动化控制。机械手的组成上,通常由自动程序执行软件操作系统、驱动软件执行操作系统、控制软件驱动执行系统和人机应用编程人工智能五个主要系统组成部分共同组成,主要系统负责自动完成人在物体上的移动、转动、抓取等多个机械手的动作。[6]
本工程课题资料来源于一个实验教学课题,模拟材料生产线由六站站点组成,各站之间可相互独立,包括机构总体设计,各单位执行指挥机构总体设计,气动控制系统结构设计、运算,以及对系统的结构进行设计。所要达到的要求通常包括以下方面:
a.装卸、调整方便;
b.结构简单,工作安全可靠;
c.设计合理,尽量减少使用行业标准件,以大大降低产品制造中的成本;d.用PLC对机械手进行控制。
总体设计思路:
a.确定总体结构的组成、框架及各部分的功能与工作目标。
b.根据设计任务书的要求,初步计算各工艺参数和结构参数。
c.设计机体分级部分的结构及主要零件结构。
d.主要零件分级检查结构零件部分的主要分级零件机械强度和结构刚度,检查其零件加工操作工艺性和零件装配操作工艺性。
e.保证与其它部分的接口合理。
f.根据设计结果,修正设计参数。
1.2课题国内外发展现状这些年来,国外机器人研究与应用领域中,有以下动态。
a.工业领域的机器人在性能上更加全面而且市场售价技术下跌。
b.机械设备在设计结构时,日益模块化与重构化。比如在三关节驱动系统中,将原来的减速器、驱动电机以及检测器合为一体;用联合重组的方式实现了整机驱动,改变了原来的三关节模拟与连杆驱动的方法;大量以模块化设计完成组装的机器人产品出现在国外市场上。
c.在控制系统的发展上,实现了以PC机为基础的式的控制模式,从而提高了标准化水平,并实现了网络技术的应用。
d.传感设备的应用更为广泛,多类传感技术在机器人产品上同时出现,并形成了有效的配合。
e.虚拟增强技术实现了突破式发展。对于机器人的虚拟控制,已经由原来的仿真测试,转变为实际的远程控制。操作者及机器人可以在虚拟场景中实现很强的模拟效应,并以此对机器人实现远程控制。
g.在顶尖技术的发展水平上,国内与国外发达国家的差距还有较大的。这就要求在既定发展道路上加大投入,重点选择关键领域进行研究,才可以形成系统性的配套能力,并为实用领域提供性能优异的产品与技术。[9]
总体方案确定
总体方案论证
机械手主要由自动执行器械机构、驱动机械系统、控制传动系统以及人体位置自动检测控制装置等几十所部分组成。
对于气动力学机械的助手来说,其基本的性能要