【正文】 在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下 ,要求機(jī)器人的伺服電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 ,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。 (3)機(jī)械手伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)歸納如下 : 。使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù) ,了解了機(jī)械手設(shè)計(jì)的一般過程 ,通過對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ) ,也學(xué)會(huì)了使用 ug 軟件創(chuàng)建模型 ,并使用單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行簡單的控制。 經(jīng)過本次設(shè)計(jì) ,我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。 圖 413 基座左右旋轉(zhuǎn)子程序 (4)控制機(jī)械手手爪的夾緊與放松中 , 為機(jī)械手手爪夾緊輸入端 , 為機(jī)械手手爪放松輸入端 , 為機(jī)械手手爪輸出端 ,機(jī)械手手爪子程序流程如圖 414 所示。機(jī)械手控制中 為機(jī)械手小臂收縮輸入端 , 為機(jī)械手小臂伸出輸入端 , 分別為機(jī)械手小臂伸縮輸出端。 圖 49 機(jī)械手接線原理圖 其中光耦在機(jī)械手接線圖中起到了分開供電減少干擾的作用。 圖 48 復(fù)位電路 我所采用的復(fù)位電路為按鍵電平復(fù)位電路。該引腳內(nèi)部是 1 個(gè)反相放大器的輸入端。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求 ,但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低 ,振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 電源電路 單片機(jī)的電源電路設(shè)計(jì)如圖 46 所示。 (5)跟蹤誤差最大 +/128 個(gè)計(jì)數(shù)值。 (1)接口采用分差輸入方式 ,抗干擾能力強(qiáng) ,可靠性高。 圖 44 工作流程 在這三個(gè)方案中 ,我選擇第一種方案 ,以相對后面兩種方案第一種方案動(dòng)作順序比較安全 [16]。繼電器斷開 ,手爪電磁閥不通電 ,液壓缸出油。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 X 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,手臂開始收縮 ,至編碼器反饋信號(hào)告知 驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。 當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后 ,首先單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號(hào)旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手右轉(zhuǎn) ,至右限位開關(guān)動(dòng)作。手爪放松 ,至限位開關(guān)動(dòng)作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號(hào)旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手右轉(zhuǎn) ,至右限位開關(guān)動(dòng)作。單片機(jī) P0 口輸出控制信號(hào) ,使 Y 軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。單片機(jī) P0 口輸出脈沖使底座伺服電機(jī)得到控制信號(hào)旋轉(zhuǎn) ,機(jī)械手左轉(zhuǎn) ,至左限位開關(guān)動(dòng)作。單片機(jī) P0口輸出控制信號(hào) ,使 X軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,手臂開始伸出 ,至編碼器反饋信號(hào)告知驅(qū)動(dòng)器到達(dá)預(yù)定位置。 按下起動(dòng)按鈕 ,機(jī)械手從原點(diǎn)開始 ,按工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作 ,直到按下停止按鈕 ,機(jī)械手在完成最后一個(gè)周期的動(dòng)作后 ,返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。兩者之間采用光電耦合器連接 ,是為了分開通 電 ,減少干擾 [14], [15]。另外 ,其末端執(zhí)行裝置還可完成抓、放 (開合 )功能。 機(jī)械手單片機(jī)控制方案 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 控制對象為圓柱座標(biāo)機(jī)械手。通過選擇所用錐環(huán)的對數(shù) ,可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩。 (3)本設(shè)計(jì)中 ,在機(jī)械手的機(jī)體方面旋轉(zhuǎn) ,我采用一組 RB20200C 型號(hào)的交叉滾子軸承來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手機(jī)體的旋轉(zhuǎn)。因此絲杠上的軸承是一端安裝單向推力軸承與深溝球軸承的組合 ,另一端懸空呈自由狀態(tài)。 所以 ,本設(shè)計(jì)中機(jī)械手機(jī)體的旋轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)矩小于 TRA?180 二段式減速伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 所以 機(jī)械大臂所需要的轉(zhuǎn)矩小于 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 ,即 。 (5)大臂上下運(yùn)動(dòng)下伺服電機(jī)和減速器的選型與校核 TRK?5B?100 減速伺服電機(jī) (輸入轉(zhuǎn)速為 3000r/min,減速比為 5)。由公式 (315)得 式中 : 屈曲載荷 : 安全系數(shù) () 說明容 許軸向負(fù)載充分滿足使用條件 (3)剛度的計(jì)算 機(jī)械手臂部的絲杠支撐方式采用固定 ?自由的方式 ,其中中心距為a644mm,滾珠直徑 ,絲杠底徑 ,絲杠截面積 S。采用了雙導(dǎo)柱導(dǎo)向 ,以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng) ,確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為工作臺(tái)質(zhì)量 (kg)。 根據(jù)公式 ,求得單圈滾珠數(shù) Z12,該型號(hào)絲杠為單螺母 ,滾珠的圈數(shù) X列數(shù)為 *2,代入 60,求得滾珠與螺紋滾到間的接觸變形量 mm,因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力 ,且取 mm,所以 ,其中絲杠的有效行程為 100mm,由《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3?27 知 ,滾珠絲杠的有效行程在 315mm 時(shí) ,行程偏差允許達(dá)到 6,可見絲杠剛度足夠 [7]。 (1)滾珠絲杠的選擇 根據(jù)電機(jī)以及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,擬使用如下條件 : 負(fù)載重量 W4KG 最大行程 S120mm 快速進(jìn)給速度 V100mm/s 加減速時(shí)間常數(shù) 預(yù) 期壽命 Lh30000h 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)程摩擦系數(shù) 根據(jù)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速與快速進(jìn)給速度 (34) 各動(dòng)作模式下的軸向負(fù)載的計(jì)算 (a)加速時(shí)加速度 ,軸向負(fù)載分別為 (35) (36) (b)勻速時(shí)軸向負(fù)載為 (37) (c)減速時(shí)軸向負(fù)載為 (38) 由上述計(jì)算結(jié)果可知 : 各動(dòng)作模式 1 次循環(huán)所需的時(shí)間 (s)由表 35 所以 表 35 循環(huán)時(shí)間 動(dòng)作模式 A B C 共需時(shí)間 所需時(shí)間 2 螺距為 10 的負(fù)載條件由表 36 所示 表 36 負(fù)載條件 動(dòng)作模式 A B C 軸向負(fù)載 (N) 轉(zhuǎn)速 300 600 300 所需時(shí)間比例 15% 70% 15% 根據(jù)負(fù)載條件計(jì)算軸向平均負(fù)載 Pm 與平均轉(zhuǎn)速 Nm (39) (310) (d)計(jì)算所需基本動(dòng)態(tài)額定負(fù)載 C 根據(jù)預(yù)期壽命 ,扣除停止時(shí)間后的凈運(yùn)行使用壽命 ,預(yù)計(jì)夾緊 1s 上下運(yùn)動(dòng) 5s (311) 將運(yùn)行系數(shù)帶入公式中得 (312) 因此選擇 BSBR2510 絲杠 (2)滾珠絲杠容許屈曲載荷 研討絲杠軸全場 L 與危險(xiǎn)速度 Nc 屈曲載荷 Pk L 最大行程 +螺母長度 +余量 +末端尺寸 L 100+94+118+40350mm 下面就屈曲載荷進(jìn)行討論 ,設(shè)負(fù)載作用點(diǎn)間距 (313) 式中 : ??開始引起壓曲的負(fù)載 ??負(fù)載作用點(diǎn)間距 E??楊氏模量 I??絲杠軸最小慣性矩 (314) n??由絲杠的支撐方法決定的系數(shù) 單推 ?單推 n1 雙推 ?簡支 n2 雙推 ?雙推 n4 雙推 ?自由 選用 因?yàn)楣潭??自由適用于低轉(zhuǎn)速 ,中精度 ,短軸向行型的絲杠。它的結(jié)構(gòu)如下圖。減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊 ,提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。 工件與彈簧片間的力由上節(jié)可知 N20N。由《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可查得 :~, 由式 (33)計(jì)算得 : 由以上計(jì)算可知 液壓缸能產(chǎn)生的推力 F565N 遠(yuǎn)大于夾緊工件所需的推力P100N。 由《機(jī)械制造裝備》式 460 可知驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式為 : (32) 為斜面傾角 ,為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率 ,這里為平摩擦傳動(dòng)。 圖 34 末端執(zhí)行器 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗(yàn) 初選油缸型號(hào) 考慮到所要夾持的是很小的零件 ,最大工作載荷很小 ,故初選液壓缸型號(hào)為 HVBS04B3HG,它的主要技術(shù)參數(shù)如表 32。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用連桿杠桿式夾持器 ,用小型液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊 ,它的結(jié)構(gòu)形式如圖24。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān) ,而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是用來抓持工件或工具的部件。它與直角坐標(biāo)型比較 ,在相同的工作條件下 ,機(jī)體占體積小 ,而運(yùn)動(dòng)范圍大。 圖 31 工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡圖 (1)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 所謂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指確定一個(gè)機(jī)器人操作位置時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目 ,它是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)。 (可能根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)過程改動(dòng) )。 本課題設(shè)計(jì)中我采用的是三自由度圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 ,其中機(jī)械手的基座、大臂、手臂與末端執(zhí)行器分別通過伺服電機(jī)、液壓缸與單片機(jī)控制。目前 ,國內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動(dòng)速度為 1000mm/s 左右 ,一般為 200~400mm/s。根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān) ,一般是指在正常速度下所抓取的重量。末端夾持器則采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器 ,