機械手控制系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 01:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。60～70年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術(shù)進入了應(yīng)用階段。8090年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。90年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90年代以后，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。總之，目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。目前國內(nèi)工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機械手裝配?，F(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。機械手的全部動作由步進電機和直流電機進行驅(qū)動控制。步進電機的運動需要驅(qū)動器，有脈沖輸入時步進電機才會動作，且每當(dāng)脈沖由低變高時步進電機走一步；改變電機轉(zhuǎn)向時，需要加方向信號。機械手的上升/下降、前伸/后縮動作就是通過控制這兩個步進電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的?；D(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制直流電機的轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)的。機械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時，機械手放松；該線圈斷電時，機械手夾緊[11]。打開電源，按下起動按鈕時，開機復(fù)位。機械手的動作機械手若不在原點則PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到底時碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機械手夾緊。夾緊后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一只輸入脈沖信號步進電機一正轉(zhuǎn)，機械手前伸，前伸到位時，碰到前限位開關(guān)，前伸停止。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機械手后縮，當(dāng)后縮到底時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點。至此，機械手經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán)。3 PLC的介紹與程序設(shè)計 PLC的結(jié)構(gòu)PLC和一般的微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成[9]。其結(jié)構(gòu)簡圖如下存儲器 EPROM 微處理器 運算器 控制器電源 輸入部件I/O擴展接口 I/O擴展單元 受控元件輸入信號外部設(shè)備 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖采用二相八拍混合式步進電機來控制機械手的動作，相比直流電機有更好的制動效果，又加上滾珠
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