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装配机械手的随动控制与精确定位及其运动仿真.doc

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装配机械手的随动控制与精确定位及其运动仿真A Summary of Documents of Agriculture the design of a servo-control assembly manipulator with accurate positioning and motion simulation学生学号: 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 职 称: 起止日期: 吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology1装配机械手的随动控制与精确定位及其运动仿真摘 要:本文介绍一种可以进行随动控制并且精确定位的装配机械手,并通过 UG 运动仿真进行了机械手手指的夹取测试。采用步进电机和气压控制机械手的装配。实现连杆加工过程中在自动线上自动抓取衬套,运送到压力机轴上,进行压入装配的过程。关键词:机械手;随动控制;装配0 引 言装配机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作,按预定的程序、轨迹及其它要求,实现抓取、搬运、装配工件的自动化装置,可以提高劳动生产率、降低劳动强度、保证产品质量;尤其在高温高压、低温低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中,能够实现安全生产。机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。本文根据实际装配情况,合理的设计了结构,通过 UG 进行了简单的建模,并对其进行了运动学简单的运动仿真,从而来完善结构设计;采用了步进电机和气缸来驱动,气缸的精确定位应用了 CEU2 型位置控制器,可实现反馈控制参数计算和优化;机械手控制程序就是 PLC 控制程序,其中 PLC 程序采用西门子公司 S7-200 系列 PLC编程软件 V4.0 STEP 7 Micro WIN SP3 编程。1 结构部分对于结构部分,关键在于怎样才能精确完成整个装配过程,利用什么样的结构既合理又可以精确定位,怎么样设计它们的结构才算合理。对于现在的通用机械手来说,精度很低,所以必须在其基础上进行改进,装配机械手的精度设计要求工件定位准确,抓取精度高,重复定位精度和运动稳定性好,并有足够的抓取能力,并进行机械手手指夹持精度的分析计算。机械手能否准确夹持工件,把工件送到指定位置,不仅取决于机械手的定位精度(由臂部和腕部等运动部件来决定) ,而且也于机械手手指夹持误差大小有关。为了适应工件尺寸在一定范围内变化,一定进行计算机械手的夹持误差。手臂部件是机械手的主要部件。它的作用是支撑腕部和手部(包括工件或工具) ,并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括 3 个运动:伸缩、回转和升降。臂部的运动是把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态(方位) ,则用腕部的自由度加以实现。因此,一般来说臂部应该具备 3 个自由度才能满足基本要求,既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现,从臂部的受力情况分析,它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷,而且自身运动较多。因此,它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。机械手手指的结构和误差分析如图 1 和图 2 所示。2图 1 机械手手指结构示意图 βθ图 2 手指夹持误差分析示意图2 驱动部分驱动系统的设计往往要受到作业环境条件的限制,同时还要考虑价格因素的影响以及所能达到的技术水平。目前机器人的驱动方式主要有液压驱动、气动驱动和电气驱动三种形式。液压驱动系统能够提供较大的驱动压力和功率,具有结构简单、性能稳定等特点,液压伺服驱动系统响应速度快,可达到较高的定位精度和刚度,但油路系统复杂,工作性能受环境影响较大,移动性能差,且易造成泄漏现象,常用于要求提供较大驱动力矩、对移动性能要求差的特大功率机器人系统中。气动系统具有结构简单、动作迅速,可在恶劣的环境中工作,但气动装置也存在噪声问题,只适用于精度要求不高的点位系统中。电气驱动系统具有精度高、控制准确、响应迅速等优点。机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。综合考虑各种驱动式的优缺点,选用电气驱动方式来实现工件的水平运动、垂直运动、旋转运动。对于驱动部分,采用步进电机和气压来驱动,步进电机控制 Z 轴方向上的运动;Y 轴方向上的夹持动作和 X 轴方向上的伸缩运动都是由直线型气缸来控制并由 CEU2 位置控制器完成精确定3位;绕 Z 轴方向的旋转由旋转气缸来实现。其具体设计数据和选择型号详见设计说明书。3 控制原理1)主电路与部分控制电路原理图如图 3 所示FRMKM1QSL21FU1~3KM2 KRM1KM221KMSBQ2S023023U1VW01015607034图 3 主电路和部分控制原理图2)机械手的运动循环示意图如图 4机械手下降 手指夹紧 机械手上升原始位置 顺
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