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1、 机械手的学习研究报告 学校:广东技术师范学院天河学院 院系:机电工程学院 班级:12材料成型班 姓名:邓什永 学号:20120205431092015年11月15日 机械手的学习研究报告机械手的研发背景 随着自动化水平的发展,国内外出现了很多工业机器人。这些机器人广泛应用于工业,农业,军事,探险勘测等各个领域。在工业方面,机器人用于汽车工业,制造业,建筑业,重型工业还有轻工业。在农业方面,机器人用于蔬菜的收获,除草,喷药;而在军事方面,机器人用于排雷,拆弹,还有无人侦查等;在探险勘测,机器人用于人类无法进行作业的各种环境进行探测。机器人的起步始于上世纪的60年代,而国内机器人的起步比国外晚了
2、十几年,起步于上世纪的70年代。机器人的研发一开始主要应用在工业上,国外比较成功的研发实例主要集中在欧洲和日本,比如德国的库卡机器人,瑞典的ABB,还有日本的法兰克,安川,三菱等。近年来,机器人的发展迅猛,出现了多轴联动仿人形机器人。另外国外的柔性生产系统发展也较为迅速,可以把原料自动加工成成品,自动化集成程度非常高。经过几十年的研发,国内的机器人发展也略有见效,较为知名的有沈阳新松机器人,哈尔滨工业大学海尔机器人。在自动化机床方面有华中数控和广州数控。为响应国家号召,加强我国机器人方面的研发,展现我校的研发能力。于是在去年的下半年,我校投入大量资金,对电饭锅冲压夹持机械手进行研究。经过一年多
3、的努力,终于取得了很大的突破,该四轴联动机械手基本上可以应用在生产线上投入生产。工作原理分析机械手实体照片如下:机械手的系统工作原理框图如下图所示。 控制系统(PLC)位置检测装置驱动系统(电气驱动)执行机构机械手臂 机体座 传动机构工作手爪 机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理:机械手工作时,PLC控制系统发出相应信号,信号传输至各个驱动器(伺服电机和气压系统)后,驱动器根据信号作出相应的动作,比如这个电机已某个速度转动几圈,另一个电机转动某一角度,而吸盘形成多少Mpa的负压等。驱动器作出动作后,机械手就会按照给定的轨迹到达某一特定的位置进行指示的工作。在整个过程中,检测装置传感器又会把
4、机械手的运动情况反馈给控制系统,控制系统把反馈的信息与发出的指令数据进行比较。要是动作错误或发生故障,系统会马上发出警报信号。要是当前的位置与设定位置有误差,系统就会发出调整指令,使机器运动到指定位置。机械手的组成部件机械手的组成主要分为机械组件和电子电控元件。(1) 机械组件机械手的主要机械组件有工作手爪,传动机构,机械手臂和机体座等。1工作手爪机械手的工作手爪有多种形式,而我们生产车间主要有两种,一种是卡爪式,另一种是吸附式: 卡爪式工作手爪是通过气动活塞的运动实现手爪的夹持运动。吸附式工作手爪是通过真空发生器使手爪上的吸盘形成足够负压,从而把工件吸附起来。由于我们生产车间机械手的工作对象
5、是板料,机械手的主要工作手爪形式是吸附式。吸附式工作手爪旁需安放一个扫油装置,该装置能为冲压板料表面涂油,以增强卡爪吸盘的真空吸附能力。2传动机构整个机械手中的传动构件主要有同步带轮,滚珠丝杆,导轨滑台和谐波减速器。 同步带轮具有以下特点:(1)传动准确,工作时无滑动,具有恒定的传动比;(2)传动平稳,具有缓冲,减振能力,噪声低;(3)传动效率高,节能;(4)速比范围大,具有较大的功率传递范围;(5)维护保养方便,不需要润滑,维护费低;(6)预紧力小,所受载荷小。该机械手的手臂末端和机体下方两处应用了同步带轮,确保机械手在工作时具有较高的运动精度。滚珠丝杠主要应用在机械手的升降传动上,滚珠丝杆
6、安装在机体座上,一端连接带轮,从动部分连接滑台。在机械手升降时,滚珠丝杆的转动转变为滑台的上下运动。同样滚珠丝杆的高精度传动,微进给,没侧隙,高刚度,高进给保证了机械手升降的精度和响应速度。机械手臂的左右摆动主要是靠谐波减速器的运动来实现的。该谐波减速器的主动部位固定在机体座的上方,跟一个伺服电机相连,从动部分固定在机械手臂上。伺服电机通过减速器带动手臂转动。谐波减速器由波发生器,刚轮,柔轮三部分组成。工作时,波发生器使柔轮发生弹性变形而呈现椭圆形,使柔轮外齿与刚轮内齿部分啮合,部分脱开。从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器相反方向缓慢旋转。机械手的机体座的作用主要是固定机械手,使之处在一个确定的位
7、置。它具有较大的刚度,防止机械手在工作时发生变形(2) 电控组成 机械手的电控组成有开关,滤波器,电路保护装置,驱动部分,控制系统,检测装置和卸荷系统等。开关是机械手的主要组成部分,它的功能是接通和断开机械手的电源,从而控制机械手的状态。开关旁边是电源指示灯,指示灯亮时表明机械手的电路是接通的。滤波器是为了让流进电路的电流波形稳定在一个区域,以免电流不稳定而损坏电路中的电子元件。电路保护装置是防止电路发生过载时引起电路中其他电子元件损坏。这里的电路保护装置是不可恢复式熔断器。当电路出现过载是,熔断器被破坏,使电路的流断开。驱动部分是机械手的动力来源,因为该机械手是四轴联动的机器,所以这里有四个
8、伺服电机,分别为机械手的升降,摇摆,伸缩,手爪转动提供动力。下图是伺服电机的控制器:控制系统就是运动芯卡,它是机械手的核心组成部分,相当于电脑中的CPU,成本占了机械手总成本的四分之一。它在机械手中的作用是控制机械手的整个运动过程。在机械手工作的时候,运动芯卡发出相关指令驱动伺服电机作出相应的运动,检测装置把机械手的运动情况反馈到运动芯卡,芯卡把反馈的数据与设定的指令进行比较,如若机械手的运动状况与指令存在差距,芯卡会发出相应的指令进行调节。机械手运动指令的生成是通过手动示教实现的。在机械手装配完成后,通过示教过程,机械手的运动轨迹被记录在在芯卡上,并自动动生成程序保存在芯卡上。以下是运动芯卡的实物图:检测装置是保证机械手运动精度的重要组成。整个机械手总共使用了13个传感器,分别3个用来检测机械手的升降运动情况,3个用来检测机械手的摆动情况,4个检测机械手的伸缩运动情况,剩下3个安装在工作手爪上检测手爪的工作情况。这些检测装置实时把机械手的运动情况反馈给控制系统,控制系统根据反馈数据及时调整。卸荷装置也有四个,主要是在机械手需要急停的时候,把电机的动能卸去,以达到机械手在确定的位置上急停。