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U壳搬运机械手的设计与仿真

作　者: 刘兴义
导　师: 于殿勇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 搬运机械手示教再现 PLC 触摸屏 ANSYS
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 213次
引　用: 3次
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内容摘要

机械手分为直角坐标型,极坐标型,圆柱坐标型以及多关节型。直角坐标型机械手可以用作各种自动化设备,完成如焊接、搬运、码垛、装配、喷涂等一系列工作。特别适用于多品种、大批量的柔性化作业,对于稳定提高产品质量,提高劳动生产率和改善劳动条件起着十分重要的作用。结合目前的国内外在该方向上的发展现状以及生产线的具体要求,本文设计制作了一种冰箱U壳搬运机械手,其主要任务是将冰箱U壳从折U机中取出,旋转90度后平放在输送线上。该机械手可根据U壳的型号自动改变其搬运轨迹以躲避障碍,同时系统具有过载保护、急停及报警等功能。首先,搬运机械手的系统设计。利用三维设计软件ProE对U壳搬运机械手的水平移动部分、竖直移动部分、开合横梁及夹爪等部件进行了结构设计,同时利用二维设计软件AutoCAD对各部件进行了零件图与装配图的绘制;设计了各气缸及吸盘的驱动回路以及用于抵消系统部分重力的气动平衡回路;完成了系统操作电路的设计,传感器的接线与配置以及PLC输入输出分配。其次,有限元软件仿真及控制软件设计。利用ANSYS进行了小臂变形与应力校核、支撑架的模态与瞬态动力学分析以及连接臂尺寸的优化设计;机械手采用PLC与触摸屏联合控制,控制方法为示教再现,示教方式为集中示教,根据U壳型号通过触摸屏输入运动参数使其按照相应的运动模式运行,同时将信息存储在寄存器中以便再现所走路径。最后,系统实验与调试。对机械手的硬件与软件进行单机与联机调试并经实验确定了各型号U壳的运行轨迹、速度、加速度等运动参数同时探讨了U壳尺寸、运动参数对机械手运行周期的影响。此外根据实际工况的需要对系统的可靠性、可操作性以及抗震性能进行了进一步完善。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  10-11
    1.1.1 课题的来源  10
    1.1.2 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外在该方向的研究现状及发展趋势  11-17
    1.2.1 工业机器人概况  11-14
    1.2.2 搬运机械手相关技术概况  14-17
  1.3 本课题主要研究内容  17-19
第2章 U壳搬运机械手的系统设计  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 搬运机械手的总体设计  19-20
    2.2.1 设计流程及性能指标  19-20
    2.2.2 搬运机械手原理方案选择  20
  2.3 搬运机械手的机械结构设计  20-24
    2.3.1 机械手总体结构与功能  20-21
    2.3.2 滑座部件结构  21-22
    2.3.3 z轴部件结构  22
    2.3.4 开合横梁部件结构  22-23
    2.3.5 夹爪部件结构  23-24
  2.4 搬运机械手的气动回路设计  24-27
    2.4.1 气动回路原理  24-25
    2.4.2 气缸的计算与选择  25-26
    2.4.3 电磁控制阀选择  26
    2.4.4 气动系统辅助元件选择  26-27
  2.5 搬运机械手的电气控制设计  27-29
    2.5.1 电气控制总体设计  27
    2.5.2 电气控制柜的设计  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 U壳搬运机械手的结构仿真  30-46
  3.1 引言  30
  3.2 有限元基础理论  30-35
    3.2.1 ANSYS分析软件概述  30-31
    3.2.2 结构静力学有限元分析原理  31-32
    3.2.3 结构动力学有限元分析原理  32-33
    3.2.4 优化设计原理  33-35
  3.3 机械手小臂校核  35-38
    3.3.1 小臂旋转冲击力计算  35-37
    3.3.2 ANSYS静力分析基本步骤  37
    3.3.3 小臂变形与强度校核  37-38
  3.4 连接臂销轴校核  38-40
    3.4.1 锥销作用力计算  38-40
    3.4.2 销轴强度校核  40
  3.5 机械手支撑架校核  40-42
    3.5.1 支撑架模态分析  40-41
    3.5.2 支撑架瞬态动力学分析  41-42
  3.6 连接臂结构优化设计  42-45
    3.6.1 ANSYS优化的基本步骤  42
    3.6.2 连接臂的ANSYS尺寸优化  42-45
  3.7 本章小结  45-46
第4章 U壳搬运机械手的控制软件设计  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 搬运机械手的PLC控制方案  46-50
    4.2.1 PLC选择与I/O分配  46-47
    4.2.2 机械手初始化  47-48
    4.2.3 机械手自动循环  48-50
  4.3 搬运机械手的触摸屏控制方案  50-53
    4.3.1 示教与自动模式界面  50-52
    4.3.2 分步模式与手动模式界面  52-53
    4.3.3 监控与报警界面  53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 U壳搬运机械手的调试与实验  54-60
  5.1 引言  54
  5.2 相关生产线动作过程  54
  5.3 U壳避障运行轨迹  54-55
  5.4 生产线联机调试  55-59
    5.4.1 机械手数据示教  55-58
    5.4.2 机械手性能调试  58-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

U壳搬运机械手的设计与仿真

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