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摘要:在工业生产过程中,机械臂通常也被叫做工业机器人,是能够帮助很多工厂实现现代化道路的重要设备之一。为了工业的发展跟祖国的繁荣富强,对工业机器人的研究和投入使用具有很高的价值和现实意义。
关键词:机械臂;控制;设计
DOI:.37-1222/
1机械臂的功能分析
机械臂的功能就是代替正常人完成一些动作,进行零部件安装,以及检测工人在安装零部件的时候是否安装不全,如果零件安装不全,这时候系统就需要发出警报,然后工人就会去安装缺失的那部分零件。在工人工作的时候,同时也要保证机械臂的正常运行,在设计机械臂的大致过程中,要保证机械臂具备以下的功能:
(1)正常旋转功能。即在机械臂检测零件的过程中,必须保证机械臂是可以旋转的,这样才可以将照相机移到相应的零件位置,从而进行检测该位置是否安装了零件,并完成拍摄工作,这样就可以很清楚的知道。工作速度分两个,一个速度是机械臂在自动运行时候用的,而另一个速度是用来示教时候用的。
(2)示教功能。当工人拿着触摸屏的时候,按一次按钮就可以控制机械臂运动一次,从而完成三个点的检测。
(3)再现功能。工人只要按一下触摸屏上面的自动运行按钮,机械臂就会一次性完成三个点的零件检测工作,并进行拍照。
(4)检测功能。当机械臂运动到相应零件位置的时候,这时候就可以进行检测了,与此同时安装在机械臂前段的照相机就得负责拍照并送回照片信息。
(5)报警功能。当系统检测到零件安装位置未装有零件,这时候系统就应该发出警报信息。如果安装了零件,则不发出警报,并继续下一个零件位置的检测。
2机械臂的总体方案的确定
在设计机械臂的时候,采用的是步进驱动器跟步进电机,4自由度机械臂也就是需要4个步进电机跟4个步进驱动器。4个自由度分为3个旋转自由度跟1个移动自由度。
用可编程控制输出脉冲从而控制4个步进电机的运动,触摸屏与可编程控制器相连接,通过触摸屏来实现机械臂的运动控制。
本章就是确定了机械臂的功能是用来检测零件是否缺失,如果检测结果显示没有缺失,则进行下一个位置的检测;如果该位置零件缺失,则发出警报,从而工人将缺失的零件给补装上。同时也确定了机械臂的运动是靠步进驱动器跟步进电机来驱动的,步进驱动器与步进电机相连接,通过可编程控制器来实现步进电机的驱动,而可编程控制器的输入端则与触摸屏相连接,通过触摸屏上的按键对可编程控制器进行输入,从而使可编程控制器有了相应的输出,最终实现了机械臂的运动控制。
3机械系统分析及器件选择
要想实现机械臂的运动,步进电动机是必不可少的,因此就需要进行型号选择。在这里我选用的是Kinco步进电机,这时候就需要根据以下的流程图来计算保持扭矩,从而来选择步进电机型号。
根据计算公式,计算扭矩,所以选的步进电机分别为2S86Q-051F6,2S86Q-4580,2S57Q-0956和2S42Q-0240型号。
上面已经选完了步进电动机,但是光有步进电机是没有用的,因为步进电机不能直接连接可编程控制器,PLC与步进电机之间必须接入步进驱动器,所以我们选完步进电机还需要选步进驱动器。在上一步已经根据计算选好了步进电机,然后根据Kinco步进电机与步进驱动器选型手册,进一步选取步进驱动器。根据相关选型表,再根据选好的步进电机,所以选择的步进驱动器的型号分别为:2CM880,2CM880,2CM545和2CM525型号。
(1)确认4自由度机械臂的机械运动方式。机械臂的运动方式必须满足能够检测到三个点,所以就将4自由度的机械臂分成三个旋转运动跟一个移动运动。前3个电机控制A轴,B轴,C轴正反转,而第4个电机控制轴的升降,在轴的前端放的是照相机,用于检测过程中进行拍照,从而判断该点零件是否缺少安装。
(2)运用三维软件Solidworks绘制机械臂的零件图。首先进行机械臂零件图的绘制,零件图绘制的步骤如下:
1)右击或双击三维绘图软件Solidworks图标,从而打开了Solidworks软件;2)新建文件;3)选择零件绘制;4)草图绘制;5)绘制零件草图;6)退出草图;7)进行拉伸或者旋转;8)编辑材料。
画完每一个零件图都另存为同一个文件夹,以便于装配的时候添加。
(3)运用Solidworks进行零件装配。SolidWorks进行装配的步骤如下:
1)打开SolidWorks三维绘图软件;2)新建文件,选择装配体;3)开始装配体,点浏览文件夹,将刚刚所画的零件另存,最好是存放在同一个文件夹里,最后将所完成的零件一个个添加进来;4)开始配合各个零件,使之能成为一个整体;5)搞清楚哪部分是需要动的,搞清楚是怎样的运动,在配合的时候就需要注意;6)4自由度的机械臂可以分四部分进行装配,先从底座开始装配,开始是三个旋转副,最后是移动副。
(4)运用Solidworks进行仿真。三维软件Solidworks仿真步骤如下:
1)打开SolidWorks三维绘图软件;2)在菜單栏执行打开文件的命令;3)打开装配体;4)进行仿真设置。
4结论
综上所述,机械臂不仅能够帮助很多工厂实现现代化道路,而且还能为工厂带来可观的经济利益。通过对机械臂的控制系统设计进行分析,对于工业机器人的研究和投入使用有着重要的价值和现实意义。
参考文献:
[1]王连明,[M],哈尔滨工业大学出版社,1998:200-207.
[2][M].***出版社,2002.
14927233