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正文內(nèi)容

自動(dòng)化論文-基于plc的多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-02-09 17:42 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,運(yùn)動(dòng)慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近基座的工件,并能繞過(guò)機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作等優(yōu)點(diǎn)。 控制系統(tǒng)的功能要求傳統(tǒng)的機(jī)械手采用繼電氣控制,由于其線路復(fù)雜、維護(hù)困難、可靠性差等缺點(diǎn),無(wú)法滿足機(jī)械手控制的需求。可編程控制器(PLC)的出現(xiàn)使得這類問(wèn)題得到解決,PLC控制,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功耗低和改造方便的特點(diǎn),能夠完成動(dòng)作要求精度高的工作。 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)以軸承裝配為例:軸承裝配是軸承生產(chǎn)過(guò)程中的最后且極為重要的環(huán)節(jié),而軸承壓蓋機(jī)則是裝配先上較為復(fù)雜的部分。本節(jié)講述的是利用機(jī)械手在軸承裝配線上,通過(guò)PLC控制機(jī)械手的動(dòng)作,完成取軸承、加蓋及轉(zhuǎn)移工件,最后控制壓蓋機(jī)完成壓蓋的整個(gè)過(guò)程。圖21是某以生產(chǎn)線上機(jī)械手的工作示意圖。 圖21 機(jī)械手的工作示意圖該機(jī)械手在生產(chǎn)線上的主要任務(wù)是,將軸承從傳送帶1轉(zhuǎn)移至傳送帶2上,然后將蓋放置于軸承之上,最后經(jīng)壓蓋機(jī)加工,完成軸承裝配的一部分加工。整個(gè)工作過(guò)程機(jī)械手包括以下動(dòng)作:手臂上升→手臂下降→手爪抓緊→手爪放松→手臂左旋→手臂右旋多關(guān)節(jié)機(jī)械手完成以上動(dòng)作主要是通過(guò)機(jī)械控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的,即利用PLC控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和電磁閥的通斷,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的左右旋轉(zhuǎn),電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸的升降控制機(jī)械手臂的上升和下降。多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作過(guò)程如圖22所示:?jiǎn)?dòng)手爪放松傳送帶2手臂下降手臂上升手臂抓緊手臂下降傳送帶1手爪抓緊手臂右旋手臂上升圖22 多關(guān)節(jié)機(jī)械手簡(jiǎn)單工作過(guò)程示意圖(1)手臂上升:使機(jī)械手相對(duì)于工作臺(tái)向上移動(dòng),提高它的高度,以滿足抓取工件的高度要求。(2)手臂下降:使機(jī)械手相對(duì)于工作臺(tái)向下移動(dòng),降低它的高度,以滿足放置工件的高度要求。(3)手爪抓緊:使機(jī)械手抓緊工件,以便完成工件抓起的要求。(4)手爪放松:使機(jī)械手放松工件,以便完成工件放松的要求。(5)手臂左旋:使機(jī)械手在不改變高度的情況下,相對(duì)于工作臺(tái)向左旋轉(zhuǎn),以便完成工件移動(dòng)的要求。(6)手臂右旋:使機(jī)械手在不改變高度的情況下,相對(duì)于工作臺(tái)向右旋轉(zhuǎn),以便完成再次抓取工件的要求。由于PLC的抗干擾能力強(qiáng),所以能在惡劣的工作環(huán)境中,可靠地完成控制任務(wù),為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試,以及從經(jīng)濟(jì)角度考慮,設(shè)計(jì)出如圖23所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手電氣控制柜 在此機(jī)械手中,電動(dòng)機(jī)被置于機(jī)座上,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后,通過(guò)諧波減速器將動(dòng)力傳遞給固定在大臂上的齒輪,帶動(dòng)大臂在內(nèi)部有圓錐齒輪和帶輪,動(dòng)力通過(guò)齒輪傳到圓錐齒輪和同步帶上,再由同步帶將動(dòng)力傳給各關(guān)節(jié),從而帶動(dòng)機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng),完成對(duì)工件的操作?,F(xiàn)在研究和應(yīng)用較多的是五指十五關(guān)節(jié)手爪結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖5 圖5 五指十五關(guān)節(jié)手爪結(jié)構(gòu)原理這個(gè)類型的多關(guān)節(jié)機(jī)械手,采用的是機(jī)器人手爪,每個(gè)手指的各關(guān)節(jié)都有一臺(tái)相互獨(dú)立的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),并且每個(gè)手指都配有傳感器和控制系統(tǒng),這樣每個(gè)手指的動(dòng)作都是互不影響的,使手爪能夠模擬人手的動(dòng)作可以抓取各種形狀的工件。如果抓取的工件形狀不規(guī)則,工件的中心與手爪的中心不相同,這時(shí)就可以利用五個(gè)手指相互獨(dú)立的特點(diǎn)。它們的彎曲程度可以不同,因此對(duì)工件的形狀具有適應(yīng)性。先接觸到工件的手指關(guān)節(jié)由于先收到較大的壓力而無(wú)法繼續(xù)壓緊之后,其他未接觸的手指仍然可以繼續(xù)彎曲,直到所有的手指都接觸到物體,因此可以完全抓緊工件,同時(shí)由于有傳感器的檢測(cè),所以不會(huì)因?yàn)樽ト」ぜ淖チμ笤斐蓪?duì)工件的損害。 多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手爪抓規(guī)則形狀物體和不規(guī)則形狀物體的工作示意圖如圖6所示 圖6 抓握原理示意圖直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后,通過(guò)諧波減速器減速后,帶懂動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)使螺母在導(dǎo)向桿中上下移動(dòng),同時(shí)落幕的移動(dòng)帶動(dòng)連接五個(gè)手指的第一指節(jié)運(yùn)動(dòng)。五個(gè)手指安裝在彈性支座上,同時(shí)在彈性支座上還有五根拔桿連接第二指節(jié)上的凹槽,這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以使第一指節(jié)在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,使第二指節(jié)圍繞第一、二指節(jié)間的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制多指的要求。同樣在第一指節(jié)的下端裝有固定拔桿與第三指節(jié)的凹槽連接,實(shí)現(xiàn)了第三指節(jié)同時(shí)隨第一、二指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)而繞第二、三指節(jié)間的關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng),從而形成了指節(jié)聯(lián)動(dòng)的控制結(jié)構(gòu)。 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面介紹了機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu),本節(jié)主要根據(jù)上節(jié)所述的功能要求配置需要的控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng),按照控制系統(tǒng)的控制要求,設(shè)計(jì)出如圖31所示的控制系統(tǒng)的硬件框圖。在此系統(tǒng)中僅靠PLC主機(jī)是無(wú)法完成控制要求的,因此擴(kuò)展了一個(gè)I/O和兩個(gè)模擬量輸入/輸出模塊,以及兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)和一個(gè)可控電動(dòng)機(jī)。控制按鈕傳感器傳送帶B電磁閥右旋限位開(kāi)關(guān)左旋限位開(kāi)關(guān)下降限位開(kāi)關(guān)右旋限位開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)抓緊電磁閥上升電磁閥下降電磁閥左旋限位開(kāi)關(guān)松開(kāi)電磁閥上升限位開(kāi)關(guān)PLC 圖31 控制系統(tǒng)的硬件框圖 PLC的選型 根據(jù)系統(tǒng)控制要求并從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面考慮,選擇西門子S7200系列PLC作為此機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。在西門子S7200系列PLC中又有CPU22CPU22CPU22 CPU226等之分。三自由度工業(yè)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)總共有15個(gè)數(shù)字量輸入,8個(gè)數(shù)字量輸出,供需23點(diǎn)I/O口,根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù),選用了CPU224作為主機(jī)。 同時(shí)擴(kuò)展一個(gè)I/O模塊,選用EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊。EM223共6種模塊,根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和資源需求,采用EM223模塊中的4點(diǎn)輸入/4出輸出模塊。 由于需要測(cè)量每個(gè)手指的壓力值,需要將傳感器的值輸入到PLC中進(jìn)行判斷,所以擴(kuò)展兩個(gè)模擬量模塊,全部選用EM235模塊。模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235具有4路模擬量輸入/1路模擬量輸出。 EM223和EM235與PLC的連接不需要其他設(shè)置,只需要將排線插到
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