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四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手 1緒論 隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快 ,人們對生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善 ,使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展 ,其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn) ,已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門 ,在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動(dòng)機(jī)械手有氣控機(jī)械手、絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作 ,能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中 ,使零件搬運(yùn)、 貨物運(yùn)輸更快捷、便利。 2四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過程 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖 1 所示 ,有氣控機(jī)械手 (1)、 絲杠組 (2)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu) (3)、旋轉(zhuǎn)基座 (4)等組成。 圖 2械手結(jié)構(gòu)圖 其運(yùn)動(dòng)控制方式為： (1)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)角度為 360°的氣控機(jī)械手(有光電傳感器確定起始 0 點(diǎn) );(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件使機(jī)械手沿 X、 Y 軸移動(dòng) (有 x、 y 軸限位開關(guān) );(3)可回旋 360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)能帶動(dòng)機(jī)械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn) (其電氣拖動(dòng)部分由直流電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、接近開關(guān)等組成 );(4)旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上 3 部分 ;(5)氣控機(jī)械手的張合由氣壓控制 (充氣時(shí)機(jī)械手抓緊 ,放氣時(shí)機(jī)械手松開 )。 其工作過程為：當(dāng)貨物到達(dá)時(shí) ,機(jī)械手系統(tǒng)開始動(dòng)作 ;步進(jìn)電機(jī)控制開始向下運(yùn)動(dòng) ,同時(shí)另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開始向前運(yùn)動(dòng) ;伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處 ,然后充氣 ,機(jī)械手夾住貨物。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱軸上升 ,另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫軸開始向前走 ;轉(zhuǎn)盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng) ,轉(zhuǎn)到貨物接收處 ;步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動(dòng)縱軸下降 ,到達(dá)指定位置后 ,氣閥放氣 ,機(jī)械手松開貨物 ;系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。 3控制器件選型 為達(dá)到精確控制的目的 ,根據(jù)市場情況 ,對各種關(guān)鍵器件選型如下： 進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 機(jī)械手縱軸 (Y 軸 )和橫軸 (X 軸 )選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的42兩相混合式步進(jìn)電機(jī) ,步距角為 ° ,電流 橫軸電機(jī) ,帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮 ;縱軸電機(jī) ,帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是 ,該驅(qū)動(dòng)器采用 10～ 40V 直流供電 ,H 橋雙極性恒相電流驅(qū)動(dòng) ,最大 3A 的 8 種輸出電流可選 ,最大 64 細(xì)分的 7 種細(xì)分模式可選 ,輸入信號光電隔離 ,標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口 ,有脫機(jī)保持功能 ,半密閉 式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境 ,提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì) ,保證了驅(qū)動(dòng)器可適應(yīng)較寬的電壓范圍 ,用戶可根據(jù)各自情況在 10～ 40間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩 ,但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗和溫升。本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為 3A/相 (峰值 ),通過驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第 5、 6、 7，三位可組合出 8 種狀態(tài) ,對應(yīng) 8 種輸出電流 ,從 3A 以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、 4 細(xì)分、 8 細(xì)分、 16 細(xì)分、 32 細(xì)分和 64 細(xì)分 7 種運(yùn)行模式 ,利用驅(qū)動(dòng)器面板上 六位撥碼開關(guān)的第 1、 2、3，三位可組合出不同的狀態(tài)。 服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作采用松下伺服電機(jī) A 系列小慣量 額定輸出 50W、 100/200V 共用 ,旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式 (脈沖數(shù) 2500p/r、分辨率10000p/r、引出線 11 線 );有油封 ,無制動(dòng)器 ,軸采用鍵槽連接。該電機(jī)采用松下公司獨(dú)特算法 ,使速度頻率響應(yīng)提高 2 倍 ,達(dá)到 500位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往松下伺服電機(jī)產(chǎn)品 V 系列的 1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能 ,可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足 ,從而實(shí)現(xiàn)高速定 位 ,也可通過外接高精度的光柵尺 ,構(gòu)成全閉環(huán)控制 ,進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整兩種自動(dòng)增益調(diào)整方式 ,還配有 信口 ,使上位控制器可同時(shí)控制多達(dá) 16 個(gè)軸。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為 A 系列 用于小慣量電動(dòng)機(jī)。 流電機(jī) 可回旋 360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)有直流無刷電機(jī)帶動(dòng) ,系統(tǒng)選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的 57刷直流電機(jī) ,其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的 動(dòng)器 ,其采用 24～ 48V 直流供電 ,有起停及轉(zhuǎn)向控制、過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù) ,且有故障報(bào)警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動(dòng)快速停機(jī)等特點(diǎn)。 轉(zhuǎn)編碼器 在可回旋 360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)上 ,安裝有 6編碼器將信號傳給 現(xiàn)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的精確定位。 選型 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ,選用 司生產(chǎn)的 型機(jī)。 一個(gè)小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能 ,包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能等。 元又是一個(gè)獨(dú)立單元 ,能處理 廣泛的機(jī)械控制應(yīng)用問題 ,所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個(gè)人計(jì)算機(jī)、其它 C 和 些通信能力使四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手能方便的融合到工業(yè)控制系統(tǒng)中。 4軟件編程 件流程圖 流程圖是 序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)出流程圖 ,才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表 ,最終完成程序的設(shè)計(jì)。所以寫出流程圖非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計(jì)首先要做的任務(wù)。依據(jù)四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的控制要求 ,繪制流程圖如圖 2 所示。 圖 4件流程圖 序部分 由于 論文篇幅有限 ,這里只列出了開始兩段程序 ,供讀者參閱 ,見圖 3。 圖 4序列表 5結(jié)束語 四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作和狀態(tài)都由 制 ,不僅能滿足機(jī)械手的手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)等操作方式所需的大量按扭、開關(guān)、位置檢測點(diǎn)的要求 ,更可通過接口元器件與計(jì)算機(jī)組成 業(yè)局域網(wǎng) ,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。使四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手能方便地嵌入到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。 of is on of of do of in an of Y is to be in of or of of as in of 1), XY 2), 3), 4), (1) by 60° (2) by , Y , Y (3) 60° in by dc to (4) (5) by to of to of to C so go to at to To to of a of as 1. Y X is o., 2of °, M1 is M2 is of 0 ~ 40V DC A of 4 to be to to be to a to to 0 ~ 40A / IP on be ,6,7 8 of to of A to , 8 16 32 4 of of IP ,2be 2. of 0W, 100/200V of 500p / r, 0000p / r, 1 ; a no s 00 / 4. up of in to be an to to a in up 6 a to 3. DC 60° of be a C is 7C C ee's by 4 ~ 48V DC a is so 4. 60° in on 6A2 to to of 5. to in a a of PU is a of a of of it is in of C 1. is it be to a So a of is to to on . 2. is by LC of a of LC be