機械手設(shè)計論文

　　摘要：機械手在設(shè)計過程中,注重其自動化控制,能夠?qū)崿F(xiàn)一些較為復(fù)雜的工業(yè)操作。文章對氣動抓取式工業(yè)機械手設(shè)計的研究,主要是基于PLC自動化控制下的抓取式機械手的設(shè)計分析,注重提升機械手的靈活性和智能性,以期更好地實現(xiàn)工業(yè)發(fā)展自動化。

　　關(guān)鍵詞：機械論文發(fā)表

　　目前，我國的科技發(fā)展迅速，加工制造行業(yè)也越來越趨向于自動化，在機械加工、機械制造行業(yè)已經(jīng)普遍運用機械手來幫助完成工作，機械手大部分是用于自動安裝及自動包裝工作，還用來幫忙上下料這種高重復(fù)性的工作。PLC控制技術(shù)不斷發(fā)展，使用其的益處越發(fā)明顯，尤其是在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、是否可靠、是否靈活等方面都有其特有的優(yōu)勢，所以，現(xiàn)在的PLC控制技術(shù)已經(jīng)普遍運用到自動化生產(chǎn)的控制工作中了，它可以幫助不同的機械完成自動化操控，下面文章中主要闡述了由PLC控制的工業(yè)機械手的系統(tǒng)的設(shè)計過程。

　　1機械手系統(tǒng)組成與工作原理

　　下面文章中主要以三自由度機械手為研究對象具體闡述工業(yè)機械手的設(shè)計，這種類型的機械手靈活、自由，能夠?qū)�機械手的各個部位進行獨立控制。機械手的設(shè)計結(jié)構(gòu)大致是：機械手的腰關(guān)節(jié)主要是為了幫助機身在平面上實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作，此部位的驅(qū)動電機屬于直流力矩電機，這一類型的電機結(jié)構(gòu)屬于三級齒輪減速傳動結(jié)構(gòu)，由于這種傳動結(jié)構(gòu)的構(gòu)造簡單，所以它工作起來的效率很高，并且準(zhǔn)確度高。肩關(guān)節(jié)的主要結(jié)構(gòu)是懸臂梁式的結(jié)構(gòu)，工作原理是通過直流力矩電機帶動渦輪副桿完成傳動工作。肘關(guān)節(jié)的主要結(jié)構(gòu)是擺動螺旋式的結(jié)構(gòu)，這一關(guān)節(jié)的特點是比較穩(wěn)定、構(gòu)造簡單。并且這一關(guān)節(jié)的電機也是直流力矩電機。

　　在實現(xiàn)以上三個關(guān)節(jié)活動的過程中，機械手采用的是電位器反饋的方式來完成對各關(guān)節(jié)運動位置的判斷，電位器安裝在腰關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)的末級齒輪中心軸同軸，肩關(guān)節(jié)蝸桿軸以及肘關(guān)節(jié)連接銷軸同軸。其順序控制形式是通過PLC電位控制來實現(xiàn)，比如要完成腰關(guān)節(jié)從靜止位置到旋轉(zhuǎn)一個設(shè)定的角度這個動作，PLC控制系統(tǒng)其通過輸出電路驅(qū)動負(fù)責(zé)腰關(guān)節(jié)的直流力矩電機旋轉(zhuǎn)從而帶動該關(guān)節(jié)機械轉(zhuǎn)動，到達(dá)設(shè)定的角度位置時候，電位器檢測到該位置的反饋信號，PLC控制系統(tǒng)判斷機械手已經(jīng)完成了目標(biāo)指令，其控制輸出回路斷電，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)停止，則腰關(guān)節(jié)正好到達(dá)程序命令的轉(zhuǎn)動位置，則PLC自動進入下一步程序進行動作輸出。

　　2控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)上文提到的各關(guān)節(jié)動作控制完成方式可以看出，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)包含輸入電路、輸出電路以及控制系統(tǒng)本身三個部分。

　　2.1輸出電路

　　作為輸出電路的執(zhí)行部件，直流力矩電機在線性度以及反應(yīng)速度方面具有其它電機無法比擬的優(yōu)勢，同時該類型電機也可以滿足長期運行在低速甚至堵轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。

　　為了滿足PLC對各關(guān)節(jié)動作的順序控制，輸出電路對電機控制通常采用開關(guān)控制的形式，只要使用符合控制要求的繼電器輸出型PLC，就能使用該PLC對直流電機進行直接的驅(qū)動，從而從電路設(shè)計角度就大大簡化了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)非常直接，PLC內(nèi)部程序得到執(zhí)行指令后，其設(shè)定用于控制動作輸出的繼電器線圈得點，相應(yīng)串接在電機驅(qū)動回路的繼電器觸點OUT閉合，執(zhí)行電機得電開始轉(zhuǎn)動，帶動執(zhí)行元件按照設(shè)計的運動方式進行運動，直到接受到完成系統(tǒng)指令后，繼電器觸點OUT打開，電機驅(qū)動回路斷開，電機停轉(zhuǎn)等待下一個指令。如同常用電路一樣，電機控制回路也可以通過橋式以及分級的接線方式來實現(xiàn)對電機正反轉(zhuǎn)和順序控制。

　　2.2輸入電路

　　PLC控制系統(tǒng)的輸入量IN直接取自安裝在機械手各個關(guān)節(jié)的電位器，電位器的安裝位置需要根據(jù)規(guī)定的機械手動作范圍來設(shè)定，當(dāng)機械手的動作范圍到達(dá)設(shè)定的某個位置時，對應(yīng)位置的電位器其輸出的模擬電壓信號直接反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC通過比較給定位置的電位與接受到位置電位的大小來判斷，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時，PLC內(nèi)部程序驅(qū)動相應(yīng)結(jié)點的輸出電路動作，來實現(xiàn)該指令執(zhí)行的完畢，從而轉(zhuǎn)入下一指令。IN點的內(nèi)部設(shè)有光電耦合電路，來實現(xiàn)內(nèi)外部強電弱電的隔離。一旦活動關(guān)節(jié)在執(zhí)行指令時候電位器返回的信號與設(shè)定的范圍比較失敗，則程序自動判斷執(zhí)行失敗，該關(guān)節(jié)返回到初始位置后，該程序重新被執(zhí)行，這種回路的設(shè)計從硬件層面保護了機械部件，避免電機將執(zhí)行機構(gòu)錯誤的拖入不應(yīng)該的位置而造成設(shè)備損壞。

　　2.3選擇PLC

　　在確定了控制系統(tǒng)的外部輸入輸出電路之后，接下來就可以進行輸入輸出方式的設(shè)計階段，決定PLC選型的主要參數(shù)就是滿足輸入輸出方式所需要的輸入點、輸出點、內(nèi)部用于延時的時間繼電器數(shù)量。在本次的PLC選型的過程中，考慮到這種機械手有12個輸入點，9個輸出點以及7個用于延時的時間繼電器，綜合考慮到造價成本以及后續(xù)拓展需要，方案選擇日本歐姆龍公司生產(chǎn)OMRON- C28P型PLC。這種PLC完全能滿足三自由度工業(yè)機械手的順序控制要求。

　　3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計按照以下六步的順序進行：1)確定系統(tǒng)順序控制次序及功能;2)制定輸入輸出分配表;3)建立適合系統(tǒng)的控制關(guān)系;4)繪制梯形邏輯分析圖;5)編譯代碼程序;6)通過終端輸入到P LC主機.

　　PLC順序控制系統(tǒng)軟件必須滿足以下三個原則：1)系統(tǒng)總開關(guān)閉合時，各關(guān)節(jié)部分分別復(fù)位回到各自的初始位置，之后開始執(zhí)行順序動作命令;2)當(dāng)各關(guān)節(jié)運動到上限或下限位置時，在接近設(shè)定動作位置時電機要有減速過程，同時在到達(dá)位置后執(zhí)行機構(gòu)停止1秒后才能進入到下一個動作過程;3)系統(tǒng)總開關(guān)斷開，全部動作停止，在原位置待命。

　　4結(jié)語

　　基于PLC控制的工業(yè)機械手不僅能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度機械手各關(guān)節(jié)獨立以及整體運動，完成生產(chǎn)線上下料的自動循環(huán)，同時綜合控制系統(tǒng)還能完成多個機械手之間的協(xié)同配合，從而完成料物的連續(xù)搬運。同時該系統(tǒng)在運行過程中，也可以根據(jù)實際需要進行操作指令調(diào)整，滿足了系統(tǒng)對實際應(yīng)用的需要，維護簡單。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]高鐘毓.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社1997.

　　[2]孫兵，趙斌，施永輝..基于PLC的機械手混合驅(qū)動控制[J].液壓與氣動，2005

【機械手設(shè)計論文】相關(guān)文章：

VI設(shè)計論文07-26

綠色設(shè)計論文08-05

造型設(shè)計論文11-28

橋梁抗震論文設(shè)計原則論文02-21

淺談品牌與設(shè)計論文07-03

藝術(shù)設(shè)計論文07-28

管理系統(tǒng)設(shè)計論文03-28

服裝設(shè)計論文12-28

造型設(shè)計論文15篇11-28

造型設(shè)計論文(15篇)11-28