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四自由度物料搬运机械手的研制

檀杰  
【摘要】:机械手是人类安全作业、实现生产自动化以及提高劳动生产率的有力工具。本论文在综述机械手的研究和发展现状的基础上,全面分析了物料搬运机械手功能,结合企业“物料搬运机械手”的实际工程项目,对物料搬运机械手进行了机电一体化设计。 本论文在分析了物料搬运机械手的性能要求和工作特点的基础上,对机械手的机械结构、驱动系统、传动方式以及软硬件控制系统进行了整体方案分析和设计。确定机械手采用圆柱坐标系的机械结构形式,采用气压传动方式的驱动方案,并采用PLC进行系统控制。在此基础上,对物料搬运机械手的运动学以及动力学进行了分析,给出了位移、速度、加速度与关节角之间的关系。采用Denavit—Hartenberg法建立了物料搬运机械手的运动学方程,确定了各运动构件和末端执行器之间的位置和姿态关系,利用拉格朗日方程建立了机械手的动力学方程,确立了各个关节运动和作用力之间的关系。由于机械手的运动关节具有转动和移动两种基本形式,其运动学和动力学推导过程可为其它经济型机械手运动学和动力学分析提供参考,同时也可为运动轨迹的规划以及动力性能的优化提供了数据支持。 在此基础上,对物料搬运机械手进行了整体模块划分,进而对机械手的执行机构进行了计算和设计,对各驱动元件的行程、定位、缸径和缓冲方式等进行了选型,以满足机械手运动过程的定位精度和运动速度等方面的要求,并且对所选的驱动元件进行了验算以提高设计的可靠性。探究了物料搬运机械手气动驱动系统的控制回路,对各驱动元件的配件型号进行了选型设计。根据物料搬运机械手的控制要求,设定了I/O点,设计了PLC控制系统。通过物料搬运机械手的程序模块分析,确定采用N-S流程图的来对控制系统进行程序设计。 通过以上各部分的工作,得出了经济型、模块化、高可靠性物料搬运机械手的设计方案,对其他类型经济型机械手的设计也有一定的借鉴价值。本论文研制的四自由度物料搬运机械手已经在湖北众友科技实业股份有限公司的光机电一体化实验平台上中得以应用。


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