搬運(yùn)機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)和制作探討

1、<p>　　搬運(yùn)機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)和制作探討</p><p>　　[摘 要]搬運(yùn)機(jī)械手根據(jù)坐標(biāo)可以分為很多種，例如：直角坐標(biāo)型和極坐標(biāo)型還有圓柱坐標(biāo)型以及多關(guān)節(jié)型等。搬運(yùn)機(jī)械手是一個(gè)自動(dòng)化的設(shè)備，對(duì)搬運(yùn)焊接以及裝配等有著很大的作用，國(guó)內(nèi)外都在不斷研究搬運(yùn)機(jī)械手，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)走向自動(dòng)化。本文設(shè)計(jì)的搬運(yùn)手主要是用于冰箱U殼的搬運(yùn)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]搬運(yùn)機(jī)械手 仿真設(shè)計(jì)

2、制作探討 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TP241.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）05-0368-01 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　機(jī)械手主要是代替人的手和胳膊去完成一些動(dòng)作，根據(jù)固定工序進(jìn)行抓取和搬運(yùn)物品的一種機(jī)械電子裝置?？梢詭椭藗冇行a(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)械手在生產(chǎn)

3、中運(yùn)用越來(lái)越廣。 </p><p>　　1、U殼搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　1.1 滑座部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　U殼搬運(yùn)手設(shè)備也是自動(dòng)化設(shè)備，它的主要作用就是將冰箱U殼搬運(yùn)到傳送帶上[1]。它的滑座部分支撐著設(shè)備的水平移動(dòng)。衡器缸和z軸承載著設(shè)備的主要重量，但是它們之間的固定需要依靠滑座部件的中間部分，同時(shí)滑座中間部分的右側(cè)還可以控制水平

4、交流伺服電機(jī)和行星齒輪減速器，減速器和齒條的連接需要借助齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谒揭苿?dòng)的最大距離為1.5米，并且滾珠絲不易于加工，以及它在市場(chǎng)上的價(jià)格比較高，所以選擇齒輪齒條來(lái)減速。 </p><p>　　1.2 z軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　Z軸結(jié)構(gòu)是用于豎直移動(dòng)。Z軸結(jié)構(gòu)的最左端是交流伺服電機(jī)，電機(jī)是維持設(shè)備的安全，因?yàn)樗哂羞^(guò)載能力且?guī)в斜чl系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障時(shí)，抱閘系統(tǒng)就可以對(duì)電

5、機(jī)進(jìn)行抱死[2]。與z軸相連的是片聯(lián)軸器，它是有金屬制作而成的，擁有減震和無(wú)需潤(rùn)滑和維護(hù)等特點(diǎn)。Z軸系部件的左邊有2個(gè)角接觸球軸承，角接觸球軸承可以對(duì)豎直的載荷進(jìn)行抵消。Z軸結(jié)構(gòu)中間是絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置，特點(diǎn)就是損傷小和效率高。Z軸系部件的設(shè)計(jì)原理是一端固定一端移動(dòng)，軸的移動(dòng)方向是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制的，它是由固定制成裝置完成的。軸的伸縮變化時(shí)隨著溫度變化的，游動(dòng)軸控制著溫度。Z軸兩邊運(yùn)用直線的導(dǎo)軌，幫助z軸做豎直運(yùn)動(dòng)。Z軸上有兩個(gè)行程開關(guān)和光電

6、開關(guān)，它的主要功能就是確定對(duì)豎直方向限位和豎直零位。1.3開1.3合橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　Z軸和手爪的連接需要依靠開合橫梁裝置，開合裝置依靠六組螺栓就可以實(shí)現(xiàn)和z軸的連接，并且它前后有依次有開合氣缸，氣缸上安裝了傳感器的端鎖，這樣氣缸的位置就是由傳感器進(jìn)行控制的，端鎖是固定氣缸，避免氣缸在停止運(yùn)行時(shí)還會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。裝置的大臂和小臂在直線導(dǎo)軌上的水平運(yùn)動(dòng)需要?dú)飧椎囊I(lǐng)。 </p><

7、p>　　1.4 夾爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　夾爪結(jié)構(gòu)包括大臂和小臂以及手爪擋板。大臂上端連接開合橫梁裝置，并且連接處需要加強(qiáng)加固處理，這樣就可以保證裝置安全性能。大臂下段與小臂相連，它們之間的連接需要連接軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)是需要連接臂和連接軸之間相互配合才能完成的。小臂上端是擋板裝置，它的主要作用是當(dāng)小臂停止轉(zhuǎn)動(dòng)，減少小臂和大臂阻尼撞擊，達(dá)到減緩振動(dòng)的作用。內(nèi)支撐氣缸和直線軸帶動(dòng)手爪擋板裝置是用

8、來(lái)幫助小臂進(jìn)行夾持活動(dòng)。開合氣缸帶動(dòng)大、小臂對(duì)冰箱u殼進(jìn)行夾持；小臂上的氣缸保證u殼在夾持時(shí)，形狀是完好的，所以它們的夾持都是由外而內(nèi)進(jìn)行的。 </p><p>　　2、搬運(yùn)機(jī)械手的仿真設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1 小臂結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì) </p><p>　　為了滿足生產(chǎn)需要通常將小臂的旋轉(zhuǎn)過(guò)程時(shí)間控制在兩秒以內(nèi)，氣缸的啟動(dòng)回路控制著進(jìn)出口節(jié)流回路，所以通過(guò)控制

9、調(diào)節(jié)節(jié)流閥的橫截面積就能夠?qū)钊\(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制，讓小臂在兩秒之內(nèi)完成九十度的旋轉(zhuǎn)，因?yàn)楣?jié)流閥會(huì)影響活塞運(yùn)動(dòng)速度[3]。同時(shí)，小臂在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，氣缸力矩會(huì)大于或者等于重力矩，并且氣缸力臂是在逐漸變小，重力力矩又不斷變大，這就導(dǎo)致小臂的加速度數(shù)值越來(lái)越小。同時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)緩沖力越小，并且負(fù)載厚度和負(fù)載質(zhì)量也越大。在這里選取旋轉(zhuǎn)時(shí)間為1.2秒時(shí)，計(jì)算出負(fù)載厚度壓迫保持在0.66米 ，負(fù)載質(zhì)量要控制在50千克，這時(shí)候的緩沖力就是10429牛頓

10、，所以，通常設(shè)置小臂運(yùn)動(dòng)時(shí)間在1.2秒和2秒之間，負(fù)載厚度（U殼厚度）保持在0.49米和0.66米之間，這就要求負(fù)載質(zhì)量（冰箱質(zhì)量）控制在0和50千克之間。這就可以分析出小臂的應(yīng)力是夠滿足生產(chǎn)需求。 </p><p>　　對(duì)小臂結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì)不僅表現(xiàn)在對(duì)沖擊力的校核，同時(shí)還要對(duì)小臂變形與強(qiáng)度進(jìn)行校核。小臂的強(qiáng)度校核主要是運(yùn)用相應(yīng)的模型和ansys靜力分析理論來(lái)完成的。并運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算可以得出，小臂不易發(fā)生變形

11、，無(wú)論使用環(huán)境有多惡劣，它都可以正常工作。 </p><p>　　2.2 連接臂結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì) </p><p>　　連接臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需要ansys進(jìn)行分析，ansys分析程序包括：設(shè)計(jì)變量初始化，這就要求在進(jìn)行分析前處理器應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)變量的初始值進(jìn)行輸入；定義問(wèn)題，前處理器的主要任務(wù)就制定出最優(yōu)化的有限元模型；執(zhí)行初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)力和應(yīng)變；力以及變形量就是來(lái)源于狀態(tài)結(jié)構(gòu)分析；獲

12、得計(jì)算結(jié)果，它的主要工作就是收集和存儲(chǔ)目標(biāo)函數(shù)和約束條件值；進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)分析，它的任務(wù)就是對(duì)相關(guān)文件以及變量和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析；結(jié)果輸出，根據(jù)分析的數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的變化圖表。根據(jù)相應(yīng)的理論和運(yùn)用ansys 系統(tǒng)分析，可以得出在對(duì)小臂進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)u，它的半徑是九毫米，厚度保持在十三毫米之間。 </p><p>　　2.3 支撐架結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì) </p><p>　　支撐架的仿真設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)

13、支撐架結(jié)構(gòu)的瞬間動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，得出它的振動(dòng)幅度和的速度。在對(duì)支撐架結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)時(shí)，首先是通過(guò)運(yùn)用軟件ansys對(duì)支撐架建立相應(yīng)的模型，并設(shè)計(jì)支撐架的參數(shù)。根據(jù)ansys軟件分析的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)u殼材料是Q235時(shí)，它的彈性木梁是210000mpa，泊松比為0.3，密度是7850千克每立方米。這就可以對(duì)支撐架進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，并確定支撐架在不同沖擊力喜愛(ài)振動(dòng)幅度的變化以及支撐架的其他特點(diǎn)。 </p><p&

14、gt;　　3、u殼搬運(yùn)機(jī)械手的控制軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1 機(jī)械手初始化 </p><p>　　機(jī)械手初始化包括水平和豎直都?xì)w零，同時(shí)，所有的氣缸恢復(fù)初始化。電機(jī)歸零的方法可以通過(guò)對(duì)電機(jī)2坐標(biāo)軸安裝零位信號(hào)，并且在進(jìn)行歸零處理中選擇先高速后低速的方式進(jìn)行歸零處理，歸零處理一共要進(jìn)過(guò)三次不同方向的瑰麗處理，才能達(dá)到讓電機(jī)徹底的歸零[4]。在首次歸零處理時(shí)，就可以將正向高速歸零；

15、接著啟動(dòng)第二次歸零程序，讓反向的低速也歸零，使用puls設(shè)置脈沖量，sped決定著是否執(zhí)行操作；最后一次歸零處理時(shí)讓它向正向低速歸零，sped是啟動(dòng)歸零處理程序，ini則是讓歸零處理程序停止，這時(shí)候電機(jī)就徹底的歸零 。同時(shí)，歸零過(guò)程中脈沖值是在觸摸屏中顯示的，數(shù)值通過(guò)脈沖傳送到寄存器中，寄存器就將數(shù)值顯示在觸摸屏中。它們之間相互配合才使得電機(jī)歸零順利完成。 </p><p>　　3.2 觸摸屏控制 </p&

16、gt;<p>　　搬運(yùn)機(jī)械手的觸摸屏控制是在氣缸復(fù)位和機(jī)械手自動(dòng)循環(huán)完成之后進(jìn)行的，對(duì)觸摸屏控制主要包括u型伴型號(hào)輸入界面和主菜單界面以及手動(dòng)運(yùn)行和分布運(yùn)行以及自動(dòng)運(yùn)行和堅(jiān)實(shí)畫面和系統(tǒng)設(shè)置[5]。其中，手動(dòng)運(yùn)行包括對(duì)伺服電機(jī)手動(dòng)運(yùn)行和氣缸與吸盤手動(dòng)運(yùn)行，分布運(yùn)行時(shí)針對(duì)自動(dòng)循環(huán)單步運(yùn)行，自動(dòng)運(yùn)行的主要包括：示教點(diǎn)參數(shù)設(shè)置1和示教點(diǎn)參數(shù)設(shè)置2以及自動(dòng)運(yùn)行調(diào)整界面，監(jiān)視畫面是對(duì)伺服電機(jī)坐標(biāo)以及氣缸與吸盤和系統(tǒng)故障報(bào)警實(shí)施監(jiān)控，系

17、統(tǒng)設(shè)置是對(duì)司機(jī)電機(jī)速度以及觸摸屏系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 </p><p><b>　　總結(jié) </b></p><p>　　U殼搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，并應(yīng)用了ansys等系統(tǒng)軟件來(lái)幫助u型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，對(duì)支撐架和連接臂以及小臂的仿真設(shè)計(jì)中分析它們相應(yīng)的參數(shù)。冰箱u型搬運(yùn)機(jī)械手的仿真設(shè)計(jì)和制作，讓冰箱u殼的搬運(yùn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供便利。 <