工業機械手的設計-機械專業論文

時間：2022-09-30 14:11:29 大專畢業論文我要投稿

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工業機械手的設計-機械專業論文

　　摘要：文章中主要講述了在機械的實際操作過程中用來幫忙完成上下料的機械手的相關機械結構，并且以直流力矩電動機驅動的具有三自由度的工業機械手為實例研究了其控制系統的相關軟、硬件的設計。

工業機械手的設計-機械專業論文

　　關鍵詞：工業機械手;PLC控制;直流力矩電動機

　　目前，我國的科技發展迅速，加工制造行業也越來越趨向于自動化，在機械加工、機械制造行業已經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性的工作。PLC控制技術不斷發展，使用其的益處越發明顯，尤其是在控制系統的結構、是否可靠、是否靈活等方面都有其特有的優勢，所以，現在的PLC控制技術已經普遍運用到自動化生產的控制工作中了，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控制的工業機械手的系統的設計過程。

　　1機械手系統組成與工作原理

　　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機械手的設計，這種類型的機械手靈活、自由，能夠對機械手的各個部位進行獨立控制。機械手的設計結構大致是：機械手的腰關節主要是為了幫助機身在平面上實現旋轉動作，此部位的驅動電機屬于直流力矩電機，這一類型的電機結構屬于三級齒輪減速傳動結構，由于這種傳動結構的構造簡單，所以它工作起來的效率很高，并且準確度高。肩關節的主要結構是懸臂梁式的結構，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。肘關節的主要結構是擺動螺旋式的結構，這一關節的特點是比較穩定、構造簡單。并且這一關節的電機也是直流力矩電機。

　　在實現以上三個關節活動的過程中，機械手采用的是電位器反饋的方式來完成對各關節運動位置的判斷，電位器安裝在腰關節驅動系統的末級齒輪中心軸同軸，肩關節蝸桿軸以及肘關節連接銷軸同軸。其順序控制形式是通過PLC電位控制來實現，比如要完成腰關節從靜止位置到旋轉一個設定的角度這個動作，PLC控制系統其通過輸出電路驅動負責腰關節的直流力矩電機旋轉從而帶動該關節機械轉動，到達設定的角度位置時候，電位器檢測到該位置的反饋信號，PLC控制系統判斷機械手已經完成了目標指令，其控制輸出回路斷電，驅動電機旋轉停止，則腰關節正好到達程序命令的轉動位置，則PLC自動進入下一步程序進行動作輸出。

　　2控制系統硬件結構

　　根據上文提到的各關節動作控制完成方式可以看出，PLC控制系統的設計應包含輸入電路、輸出電路以及控制系統本身三個部分。

　　2.1輸出電路

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

　　為了滿足PLC對各關節動作的順序控制，輸出電路對電機控制通常采用開關控制的形式，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動，從而從電路設計角度就大大簡化了控制系統的復雜程度，這種設計結構非常直接，PLC內部程序得到執行指令后，其設定用于控制動作輸出的繼電器線圈得點，相應串接在電機驅動回路的繼電器觸點OUT閉合，執行電機得電開始轉動，帶動執行元件按照設計的運動方式進行運動，直到接受到完成系統指令后，繼電器觸點OUT打開，電機驅動回路斷開，電機停轉等待下一個指令。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對電機正反轉和順序控制。

　　2.2輸入電路

　　PLC控制系統的輸入量IN直接取自安裝在機械手各個關節的電位器，電位器的安裝位置需要根據規定的機械手動作范圍來設定，當機械手的動作范圍到達設定的某個位置時，對應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，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，當達到設定值時，PLC內部程序驅動相應結點的輸出電路動作，來實現該指令執行的完畢，從而轉入下一指令。IN點的內部設有光電耦合電路，來實現內外部強電弱電的隔離。一旦活動關節在執行指令時候電位器返回的信號與設定的范圍比較失敗，則程序自動判斷執行失敗，該關節返回到初始位置后，該程序重新被執行，這種回路的設計從硬件層面保護了機械部件，避免電機將執行機構錯誤的拖入不應該的位置而造成設備損壞。

　　2.3選擇PLC

　　在確定了控制系統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計階段，決定PLC選型的主要參數就是滿足輸入輸出方式所需要的輸入點、輸出點、內部用于延時的時間繼電器數量。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拓展需要，方案選擇日本歐姆龍公司生產OMRON- C28P型PLC。這種PLC完全能滿足三自由度工業機械手的順序控制要求。

　　3控制系統軟件設計

　　控制系統的軟件設計按照以下六步的順序進行：

　　1)確定系統順序控制次序及功能;

　　2)制定輸入輸出分配表;

　　3)建立適合系統的控制關系;

　　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順序控制系統軟件必須滿足以下三個原則：

　　1)系統總開關閉合時，各關節部分分別復位回到各自的初始位置，之后開始執行順序動作命令;

　　2)當各關節運動到上限或下限位置時，在接近設定動作位置時電機要有減速過程，同時在到達位置后執行機構停止1秒后才能進入到下一個動作過程;

　　3)系統總開關斷開，全部動作停止，在原位置待命。