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伺服機械手 我有新說法
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多自由度機械手是能夠模仿人體肢體部分功能并允許對其進行自動控制,使其按照預定要求輸送工件或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設備。

液壓機械手采用液壓動力,運用電液伺服控制,具有動作靈活、負載剛性大、精度高、響應速度快、功率重量比大的優(yōu)點,比較適合大功率負載搬運的場合。

1簡介


它具有動作靈活可控、定位準確可靠、負載驅(qū)動力高、環(huán)境適應力強等特點。目前,多自由度機械手廣泛應用于鋼鐵、海洋、石油、化工、物流搬運等生產(chǎn)自動化行業(yè),大大減輕了工人勞動強度和勞動條件,提高了生產(chǎn)效率,穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。

現(xiàn)有的大部分機械手采用電機作為動力,具有結構簡單、重量輕、動作迅速、工作可靠、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點,但是,電氣機械手負載相對較小,并且要有配套的減速設備,對抗沖擊和高負載方面沒有優(yōu)勢。而液壓機械手采用液壓動力,運用電液伺服控制,具有動作靈活、負載剛性大、精度高、響應速度快、功率重量比大的優(yōu)點,比較適合大功率負載搬運的場合。

但是,在液壓機械手中液壓系統(tǒng)的不合理設計,往往會導致傳動效率較低,這是一個需要長期研究解決的問題。 錨點

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2機械手的分類


對于注塑生產(chǎn)中使用的機械手,一般可按其功能分為以下三種類型:

1)簡易型注塑機械手;2)記憶再現(xiàn)型注塑機械手;3)智能型注塑機械手。 錨點

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3五自由度液壓伺服機械手研制


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系統(tǒng)工作原理與性能指標

1、系統(tǒng)工作原理

液壓機械手系統(tǒng)如圖1所示。

系統(tǒng)主要由夾取機構、俯仰機構、推拉機構及回轉(zhuǎn)機構五自由度機構組成?;剞D(zhuǎn)機構由兩個液壓馬達和回轉(zhuǎn)平臺組成,構成機械手在水平面上的回轉(zhuǎn)自由度;俯仰機構由兩個舉升液壓缸和連桿組成,構成機械的升降自由度; 推拉機構由一個推拉液壓缸和連桿組成,構成機械手伸縮自由度; 手抓機構由一個液壓馬達、一個液壓缸和手抓部分組成,構成機械手手抓的旋轉(zhuǎn)與夾取自由度。五自由度機構組成機械手姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)。

機械手工作原理為: 由兩個液壓馬達驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)運動; 由兩個舉升液壓缸驅(qū)動機械手舉升運動; 由一個推拉液壓缸驅(qū)動機械手推拉運動; 由一個液壓馬達驅(qū)動手抓旋轉(zhuǎn)運動; 由一個液壓缸驅(qū)動手抓張合運動。

2、主要性能指標

主要性能指標如下:

(1) 重復定位精度:<±1mm;

(2) 大工作半徑:5000mm;

(3) 工作高度范圍:500mm~4000mm;

(4) 液壓缸速度:≤300mm/s;

(5) 馬達回轉(zhuǎn)速度:≤45/s;

(6) 工作環(huán)境溫度:<1150℃。

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電液伺服系統(tǒng)設計

液壓系統(tǒng)原理

考慮到機械手性能指標和工作要求,液壓機械手系統(tǒng)原理如圖所示。

該系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)機構驅(qū)動回路、俯仰機構驅(qū)動回路、推拉機構驅(qū)動回路、手抓機構驅(qū)動回路等主要部分組成。

圖中,回轉(zhuǎn)機構驅(qū)動回路主要由兩個液壓馬達和兩個比例閥、電動球閥組成。兩個比例閥控制兩個液壓馬達實現(xiàn)機械手機身的旋轉(zhuǎn)運動定位。當機械手機身處于制動狀態(tài)時,系統(tǒng)通過電動球閥切斷供油的主油路,換成制動油源給液壓馬達反方向供油,使兩馬達產(chǎn)生相反旋轉(zhuǎn)動力,從而使機身穩(wěn)定地停在控制點,以實現(xiàn)機械手機身的制動。俯仰機構驅(qū)動回路主要由兩個比例閥、兩個液壓缸、背壓閥組成,該驅(qū)動機構采用“一閥控一缸”的液壓同步驅(qū)動方式控制兩個液壓缸實現(xiàn)機械手的舉升動作。同時,油路還在機械手下降回路增加了背壓閥,以保證機械手垂直位置的穩(wěn)定。推拉機構驅(qū)動回路主要由液壓缸、電液比例閥、背壓閥組成,由一個比例閥控一個液壓缸,實現(xiàn)機械手的推拉運動。手抓機構驅(qū)動回路主要由液壓缸、液壓馬達、兩個電液比例閥、電動球閥、背壓閥組成,由兩個比例閥分別控制液壓缸和液壓馬達,實現(xiàn)機械手手抓的回轉(zhuǎn)與抓取運動。

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電氣控制系統(tǒng)設計

1、系統(tǒng)硬件設計與選型

本研究選取電氣控制元件如下:

(1)PLC設計與選型。

工業(yè)PLC的CPU型號為313C; 電源模塊型號為PS307(2A) ; 位置檢測模板SM338; 模擬量輸出模塊SM332。

(2) 監(jiān)控計算機設計與選型。

工控機型號為IPC-610MB-L。

(3) 通信板塊設計與選型。

通信板塊型號為CP5611。

2、下位機控制軟件

下位機主要完成機械手的具體動作,系統(tǒng)主要包括主程序OB1模塊; 定時中斷程序OB35; 點動模塊FB1,對應背景數(shù)據(jù)模塊DB1存放各液壓缸與馬達的點動運行數(shù)據(jù); 自動運行模塊FB2,對應背景數(shù)據(jù)模塊DB2存放各液壓缸與馬達的自動運行數(shù)據(jù); 點動PID模塊FB3,對應背景數(shù)據(jù)模塊DB3存放點動PID運算結果; 自動PID模塊FB4,對應背景數(shù)據(jù)模塊DB4存放自動PID運行結果; 數(shù)據(jù)記錄模塊FB5,對應背景數(shù)據(jù)DB5存放記錄數(shù)據(jù)。

3、上位機軟件設計

上位機控制系統(tǒng)作為機械手運動控制的中樞,接受界面輸入的位置值或自動工作時事先確定的位置值,控制機械手各關節(jié)執(zhí)行相關的動作。上位機程序主要由通信模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、參數(shù)設置模塊、曲線繪制模塊組成。

參考資料

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