机械手的设计毕业论文

天津机电职业技术学院毕业综合实践报告姓名张荣庭专业电气自动化班级电气自动化三班学号2012321308指导教师王延盛2015年3月13日目录1机械手的基本介绍......................................1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。1.1机械手的基本结构组成.............................1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.1.1气动手爪...................................1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.1.2伸缩气缸...................................1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.1.3回转气缸及垫板.............................2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.1.4提升气缸...................................2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.2直线运动传动组件.................................2厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.3气动控制回路.....................................3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2传感器部分............................................5鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.1传感器简介.......................................5籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.2磁性开关.........................................5預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.3光电传感器和光纤传感器...........................5渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。3伺服电机应用..........................................7铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.1伺服系统.........................................7擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.2交流伺服系统的位置控制模式.......................8贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.3接线............................................10坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.4伺服驱动器的参数设置与调整......................10蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。3.4.1参数设置方式操作说明......................11買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。3.4.2面板操作说明：............................11綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.4.3部分参数说明..............................11驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.5最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.6移动包络........................................13锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。4PLC程序编写..........................................15構氽頑黉碩饨荠龈话骛。4.1PLC的选型和I/O接线............................15輒峄陽檉簖疖網儂號泶。4.2伺服电机驱动器参数设置..........................15尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4.3编写和调试PLC控制程序..........................16识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4.4初态检查复位子程序和回原点子程序................19凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。4.5急停处理子程序..................................20恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。个人收获...............................................23鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。参考文献...............................................24硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。附录.................................................25阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。致谢.................................................28氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。11机械手的基本介绍1.1机械手的基本结构组成1.1.1气动手爪用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图1-1图1-1气动手爪1.1.2伸缩气缸用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图1-2图1-2伸缩气缸21.1.3回转气缸及垫板用于驱动手臂正反向90度旋转，由一个二位五通单向电控阀控制。见图1-3，图1-4图1-3气动摆台图1-4垫板1.1.4提升气缸用于驱动整个机械手提升与下降。由一个二位五通单向电控阀控制。见图1-5图1-5提升机构1.2直线运动传动组件3直线运动传动组件用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动，完成精确定位的功能。抓取机械手装置是一个能实现三自由度运动（即升降、伸缩、气动手指夹紧/松开和沿垂直轴旋转的四维运动）的工作单元，该装置整体安装在直线运动传动组件的滑动溜板上，在传动组件带动下整体作直线往复运动，定位到其他各工作单元的物料台，然后完成抓取和放下工件的功能传动组件由直线导轨底板、伺服电机及伺服放大器、同步轮、同步带、直线导轨、滑动溜板、拖链和原点接近开关、左、右极限开关组成。伺服电机由伺服电机放大器驱动，通过同步轮和同步带带动滑动溜板沿直线导轨作往复直线运动。从而带动固定在滑动溜板上的抓取机械手装置作往复直线运动。同步轮齿距为5mm，共12个齿即旋转一周搬运机械手位移60mm。抓取机械手装置上所有气管和导线沿拖链敷设，进入线槽后分别连接到电磁阀组和接线端口上原点接近开关和左、右极限开关安装在直线导轨底板上。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。原点接近开关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。左、右极限开关均是有触点的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。1.3气动控制回路输送单元的抓取机械手装置上的所有气缸连接的气管沿拖链敷设，插接到电磁阀组上，其气动控制回路如图1-6所示。谚辞調担鈧谄动禪泻類。4图1-6输送单元气动控制回路原理图在气动控制回路中，驱动摆动气缸和气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通双电控电磁阀。双电控电磁阀与单电控电磁阀的区别在于，对于单电控电磁阀，在无电控信号时，阀芯在弹簧力的作用下会被复位，而对于双电控电磁阀，在两端都无电控信号时，阀芯的位置是取决于前一个电控信号。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。52传感器部分2.1传感器简介本机械手设计所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。2.2磁性开关磁性开关用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程的。气缸的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，从而提供一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开即提供了气缸活塞伸出或缩回的位置。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。磁性开关安装位置的调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧固螺栓。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。2.3光电传感器和光纤传感器光电传感器“光电传感器”是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置。且为一体化结构。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。6图2-1E3Z-L61光电开关电路原理图73伺服电机应用3.1伺服系统现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。结构组成如图3-1所示。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。图3-1系统控制结构伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。功率驱动单元首先通过整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电8机。逆变部分（DC-AC）采用功率器件集成驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块（IPM），主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，原理图见图3-2。利用了脉宽调制技术即PWM，（PulseWidthModulation）通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率,改变每半周期内晶体管的通断时间比,也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压副值的大小以达到调节功率的目的裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。图3-2三相逆变电路3.2交流伺服系统的位置控制模式伺服驱动器输出到伺服电机的三相电压波形基本是正弦波（高次谐波被绕组电感滤除），而不是像步进电机那样是三相脉冲序列，即使从位置控制器输入的是脉冲信号。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。伺服系统用作定位控制时，位置指令输入到位置控制器，速度控制器输入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端，同样，电流控制器输入端前面的电子开关切换到速度控制器输出端。因此，位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。由自动控制理论可知，这样的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零。这就是说，在稳态时，伺服电机以指令脉冲和反馈脉冲近似相等时的速度运行。反之，在达到稳态前，系统将在偏差信号作用下驱动电机加速或减速。若指令脉冲突然消失（例如紧急停车时，PLC立即停止向伺服驱动器发出驱动脉冲），伺服电机仍会运行到反馈脉冲数等于指令脉9冲消失前的脉冲数才停止。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。位置控制模式下电子齿轮的概念位置控制模式下，等效的单闭环系统方框图如图3-3所示。图3-3等效的单闭环位置控制系统方框图图中，指令脉冲信号和电机编码器反馈脉冲信号进入驱动器后，均通过电子齿轮变换才进行偏差计算。电子齿轮实际是一个分-倍频器，合理搭配它们的分-倍频值，可以灵活地设置指令脉冲的行程。松下MINASA4系列AC伺服电机•驱动器在机械手中，采用了松下MADDT1207003全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。MHMD022P1U的含义：MHMD表示电机类型为大惯量，02表示电机的额定功率为200W，2表示电压规格为200V，P表