搬運機械手仿真設計和制作探討

1、<p>　　搬運機械手仿真設計和制作探討</p><p>　　[摘 要]搬運機械手根據(jù)坐標可以分為很多種，例如：直角坐標型和極坐標型還有圓柱坐標型以及多關節(jié)型等。搬運機械手是一個自動化的設備，對搬運焊接以及裝配等有著很大的作用，國內(nèi)外都在不斷研究搬運機械手，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營走向自動化。本文設計的搬運手主要是用于冰箱U殼的搬運。 </p><p>　　[關鍵詞]搬運機械手 仿真設計

2、制作探討 </p><p>　　中圖分類號：TP241.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）05-0368-01 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　機械手主要是代替人的手和胳膊去完成一些動作，根據(jù)固定工序進行抓取和搬運物品的一種機械電子裝置?？梢詭椭藗冇行a(chǎn)，降低勞動強度。機械手在生產(chǎn)

3、中運用越來越廣。 </p><p>　　1、U殼搬運機械手的結構設計 </p><p>　　1.1 滑座部件結構設計 </p><p>　　U殼搬運手設備也是自動化設備，它的主要作用就是將冰箱U殼搬運到傳送帶上[1]。它的滑座部分支撐著設備的水平移動。衡器缸和z軸承載著設備的主要重量，但是它們之間的固定需要依靠滑座部件的中間部分，同時滑座中間部分的右側還可以控制水平

4、交流伺服電機和行星齒輪減速器，減速器和齒條的連接需要借助齒輪來實現(xiàn)?；谒揭苿拥淖畲缶嚯x為1.5米，并且滾珠絲不易于加工，以及它在市場上的價格比較高，所以選擇齒輪齒條來減速。 </p><p>　　1.2 z軸結構設計 </p><p>　　Z軸結構是用于豎直移動。Z軸結構的最左端是交流伺服電機，電機是維持設備的安全，因為它具有過載能力且?guī)в斜чl系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障時，抱閘系統(tǒng)就可以對電

5、機進行抱死[2]。與z軸相連的是片聯(lián)軸器，它是有金屬制作而成的，擁有減震和無需潤滑和維護等特點。Z軸系部件的左邊有2個角接觸球軸承，角接觸球軸承可以對豎直的載荷進行抵消。Z軸結構中間是絲杠螺母傳動裝置，特點就是損傷小和效率高。Z軸系部件的設計原理是一端固定一端移動，軸的移動方向是經(jīng)過嚴格控制的，它是由固定制成裝置完成的。軸的伸縮變化時隨著溫度變化的，游動軸控制著溫度。Z軸兩邊運用直線的導軌，幫助z軸做豎直運動。Z軸上有兩個行程開關和光電

6、開關，它的主要功能就是確定對豎直方向限位和豎直零位。1.3開1.3合橫梁結構設計 </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行控制的，端鎖是固定氣缸，避免氣缸在停止運行時還會繼續(xù)運動。裝置的大臂和小臂在直線導軌上的水平運動需要氣缸的引領。 </p><

7、p>　　1.4 夾爪結構設計 </p><p>　　夾爪結構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實現(xiàn)的，小臂的轉(zhuǎn)動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，它的主要作用是當小臂停止轉(zhuǎn)動，減少小臂和大臂阻尼撞擊，達到減緩振動的作用。內(nèi)支撐氣缸和直線軸帶動手爪擋板裝置是用

8、來幫助小臂進行夾持活動。開合氣缸帶動大、小臂對冰箱u殼進行夾持；小臂上的氣缸保證u殼在夾持時，形狀是完好的，所以它們的夾持都是由外而內(nèi)進行的。 </p><p>　　2、搬運機械手的仿真設計 </p><p>　　2.1 小臂結構的仿真設計 </p><p>　　為了滿足生產(chǎn)需要通常將小臂的旋轉(zhuǎn)過程時間控制在兩秒以內(nèi)，氣缸的啟動回路控制著進出口節(jié)流回路，所以通過控制

9、調(diào)節(jié)節(jié)流閥的橫截面積就能夠?qū)钊\動速度進行控制，讓小臂在兩秒之內(nèi)完成九十度的旋轉(zhuǎn)，因為節(jié)流閥會影響活塞運動速度[3]。同時，小臂在旋轉(zhuǎn)過程中，氣缸力矩會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，這就導致小臂的加速度數(shù)值越來越小。同時旋轉(zhuǎn)時間越長緩沖力越小，并且負載厚度和負載質(zhì)量也越大。在這里選取旋轉(zhuǎn)時間為1.2秒時，計算出負載厚度壓迫保持在0.66米 ，負載質(zhì)量要控制在50千克，這時候的緩沖力就是10429牛頓

10、，所以，通常設置小臂運動時間在1.2秒和2秒之間，負載厚度（U殼厚度）保持在0.49米和0.66米之間，這就要求負載質(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力是夠滿足生產(chǎn)需求。 </p><p>　　對小臂結構的仿真設計不僅表現(xiàn)在對沖擊力的校核，同時還要對小臂變形與強度進行校核。小臂的強度校核主要是運用相應的模型和ansys靜力分析理論來完成的。并運用相應的數(shù)學計算可以得出，小臂不易發(fā)生變形

11、，無論使用環(huán)境有多惡劣，它都可以正常工作。 </p><p>　　2.2 連接臂結構的仿真設計 </p><p>　　連接臂的結構設計也需要ansys進行分析，ansys分析程序包括：設計變量初始化，這就要求在進行分析前處理器應該根據(jù)設計變量的初始值進行輸入；定義問題，前處理器的主要任務就制定出最優(yōu)化的有限元模型；執(zhí)行初始結構狀態(tài)結構分析，應力和應變；力以及變形量就是來源于狀態(tài)結構分析；獲

12、得計算結果，它的主要工作就是收集和存儲目標函數(shù)和約束條件值；進行仿真設計分析，它的任務就是對相關文件以及變量和設計方法進行分析；結果輸出，根據(jù)分析的數(shù)據(jù)繪制出相應的變化圖表。根據(jù)相應的理論和運用ansys 系統(tǒng)分析，可以得出在對小臂進行設計時u，它的半徑是九毫米，厚度保持在十三毫米之間。 </p><p>　　2.3 支撐架結構的仿真設計 </p><p>　　支撐架的仿真設計主要是通過對

13、支撐架結構的瞬間動力學進行分析，得出它的振動幅度和的速度。在對支撐架結構進行仿真設計時，首先是通過運用軟件ansys對支撐架建立相應的模型，并設計支撐架的參數(shù)。根據(jù)ansys軟件分析的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)當u殼材料是Q235時，它的彈性木梁是210000mpa，泊松比為0.3，密度是7850千克每立方米。這就可以對支撐架進行瞬態(tài)動力學分析，并確定支撐架在不同沖擊力喜愛振動幅度的變化以及支撐架的其他特點。 </p><p&

14、gt;　　3、u殼搬運機械手的控制軟件設計 </p><p>　　3.1 機械手初始化 </p><p>　　機械手初始化包括水平和豎直都歸零，同時，所有的氣缸恢復初始化。電機歸零的方法可以通過對電機2坐標軸安裝零位信號，并且在進行歸零處理中選擇先高速后低速的方式進行歸零處理，歸零處理一共要進過三次不同方向的瑰麗處理，才能達到讓電機徹底的歸零[4]。在首次歸零處理時，就可以將正向高速歸零；

15、接著啟動第二次歸零程序，讓反向的低速也歸零，使用puls設置脈沖量，sped決定著是否執(zhí)行操作；最后一次歸零處理時讓它向正向低速歸零，sped是啟動歸零處理程序，ini則是讓歸零處理程序停止，這時候電機就徹底的歸零 。同時，歸零過程中脈沖值是在觸摸屏中顯示的，數(shù)值通過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歸零順利完成。 </p><p>　　3.2 觸摸屏控制 </p&

16、gt;<p>　　搬運機械手的觸摸屏控制是在氣缸復位和機械手自動循環(huán)完成之后進行的，對觸摸屏控制主要包括u型伴型號輸入界面和主菜單界面以及手動運行和分布運行以及自動運行和堅實畫面和系統(tǒng)設置[5]。其中，手動運行包括對伺服電機手動運行和氣缸與吸盤手動運行，分布運行時針對自動循環(huán)單步運行，自動運行的主要包括：示教點參數(shù)設置1和示教點參數(shù)設置2以及自動運行調(diào)整界面，監(jiān)視畫面是對伺服電機坐標以及氣缸與吸盤和系統(tǒng)故障報警實施監(jiān)控，系

17、統(tǒng)設置是對司機電機速度以及觸摸屏系統(tǒng)的參數(shù)進行設置。 </p><p><b>　　總結 </b></p><p>　　U殼搬運機械手的設計運用先進的科學技術，并應用了ansys等系統(tǒng)軟件來幫助u型搬運機械手的設計，對支撐架和連接臂以及小臂的仿真設計中分析它們相應的參數(shù)。冰箱u型搬運機械手的仿真設計和制作，讓冰箱u殼的搬運實現(xiàn)自動化，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營提供便利。 <