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分捡机械手驱动与控制系统的设计-研究论文完整版
分捡机械手驱动与控制系统的设计
徐晓金,刘玉锋
中国农业大学工学院,北京(100083 )
E-mail:tepeesays@
摘 要:本文结合物料分检机械手的设计,对机器人技术进行了初步分析,提出了整体结构
和驱动控制系统经济型设计方案。并采用机电一体化设计思想,充分考虑机、电、软、硬件
各自特点进行互补优化,对物料分检机械手整体结构、驱动装置和控制系统进行了分析、计
算和设计。运用Auto/CAD 软件绘制了机械手总体装配图及部分零件图,并运用Pro/Engineer
软件绘制了其三维模型。在物料分检机械手控制系统设计中,采用西门子 S-700 系列PLC
作为控制单元,编制程序来完成气缸驱动以及故障报警与处理等功能。本文针对一个实际应
用工程,以机器人技术和分检技术为基础,创造性地设计了部分机械装置,并把机械、气动、
PLC 等技术紧密地应用在一起。
关键词:机械手;气动;PLC
中图分类号:TH-39
1. 引 言
随着机器人技术的迅速发展和应用领域的不断深化,不但要求机器人控制可靠性强、使
用灵活性高和操作方便性好,还要求降低生产成本,开发经济性强的机器人系统更具有现实
意义[1] 。结合分捡机械手的特点和性能,本文主要研究以下几个方面的问题:
(1)机械本体的设计
机械手的机械本体就类似人类的骨骼躯干,构成其运动结构框架,也就是机械手的主体
部分。本文设计了螺旋型槽作为机械手的升降回转机构,大大简化了机械手的机械结构。
(2 )驱动系统的设计
结合实际工作任务要求,选取气压作为驱动源。气压驱动结构简单,运用灵活方便。
(3 )控制系统的设计
通过对控制系统的性能分析,提出了机器人控制系统经济性的控制方案。本文采用西门
子S-700 系列PLC 进行控制,同时编制了程序。
2. 机械本体设计
图1 机械手整体三维模型
- 1 -
本次设计机械手适用于工业生产自动化的需要,能够自动识别工件,并能按规定抓取,
升高,转动一定角度,把工件准确放入指定的工位,并重复以上动作。该机械手在自动化生
产线上起分捡作用,将不合格产品进行分类处理。若没有分捡信号,则机械手不动作。机械
手整体三维模型如图1 所示。
2.1 手部
手部,也叫做末端执行器,直接作用于机械手工作对象。假定机械手抓取工件表面平整,
采用负压式手部,如图2 所示。负压式手部吸附可靠、吸力大、结构简单成本较低。
图2 气流负压结构喷嘴吸盘 图3 横梁三维模型 图4 螺旋型槽倒柱三维模型
2.2 横梁
所设计机械手横梁起支撑连接作用。其三维模型如图3 所示。
2.3 升降回转机构
[2]
通过参考俄罗斯IO.M 索罗门采夫《工业机器人图册》 上的一个实例,确定了机械手
所采用的升降回转结构,其螺旋型槽倒柱模型如图4 所示。
这种升降回转结构非常简洁,它通过螺旋型槽的巧妙设计,将两个缸体的动作合成为一
个缸体,即升降缸不仅起升降作用,同时兼具回转作用。
3. 驱动系统设计
本设计动力源均选择气动,主要由于气压传动具有以下特点:工作介质是空气,比较容
易获得,使用后排放到大气,清洁无污染[3] 。气动的成本较低,过载能自动保护,最重要
的特点是可以实现真空吸附。图5 为分捡机械手的气动系统原理图。
该机械手用到两个气缸,一个为手部伸缩用气缸,另一个为立柱升降用气缸。整个系统
主要由执行元件气缸、电磁换向阀、节流阀、单向节流阀、单向阀、真空发生器、吸盘、消
声器、气动三联件等气压元件组成。气动三联件即可滤除压缩空气里的水分、产生油雾供活
动件润滑,又可调整
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