冲床上下料机械手的设计与研究

发布时间：2017-05-18 19:12

  本文关键词：冲床上下料机械手的设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代制造业技术的进步,促进了冲压生产向高速化、自动化和智能化方向的发展。传统的冲压生产多采用专机操作和人工上下料,而这种生产方式已不能满足日益快速发展的工业要求。如今,在冲压生产中引进自动化生产单元和建立柔性自动化生产线,不仅可以实现冲压设备的高效、高速化,还可以提高产品加工的质量和精度,同时也开辟了冲压生产技术的一个重要发展方向。冲床机械手是在自动化设备的基础上,专门为实现冲压自动化无人生产而研发的智能设备,它能够间接或直接地代替人工在相关冲压工位上进行物料的取放、搬运和冲压上下料等工作,从而极大地提高生产效率和质量。本文结合钣金机箱冲压工艺和压力机工作特性,完成了对整个系统的前期需求分析,确定了机械手的总体设计方案和技术参数需求。根据总体设计要求,对各种机械系统的驱动和传动方案进行对比选优,从而完成了机械手各自由度结构的机构设计,并应用SolidWorks软件建立机械手的三维模型,对伺服电机、滚珠丝杠、同步带和吸盘端拾器等机械手关键部件进行了选型和计算。通过对机器人学基础理论的分析与研究,利用D-H法建立本机械手连杆坐标系,对本机械手的正逆运动学方程进行了计算和研究,然后应用MATLAB软件对机械手进行正逆运动学验算和点到点运动轨迹的规划,从相关仿真曲线和运行计算结果中,证明了本机械手动作的稳定性。最后设计了冲床机械手的控制系统。以三菱Q系列PLC作为核心控制器,交流伺服电机作为机械手的驱动部件,加入QD75MH4定位模块,通过SSCNET通讯总线连接伺服驱动器组装成闭环伺服控制系统,并设计了控制系统原理图和电气接线图。另外,结合机械手的工作流程和控制要求,分配了系统输入输出端口。用GX Works2软件编写相应的PLC程序,通过调试和运行程序,机械手能够达到较高的速度和位置精度。应用DOPSoft软件编写和组态人机界面,通过模拟和调试,完成了对机械手的监控和通信。
【关键词】：冲床机械手 运动学仿真 三菱PLC 伺服控制 人机界面
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题提出的背景9-10
• 1.1.1 冲压技术概述9
• 1.1.2 伺服运动控制技术9-10
• 1.2 课题提出的目的与意义10-11
• 1.3 工业机械手的发展状况与趋势11-15
• 1.3.1 工业机械手的组成与分类11-12
• 1.3.2 工业机械手国内外发展状况12-14
• 1.3.3 工业机械手发展趋势14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 2 机械手的总体方案设计16-23
• 2.1 上下料机械手的工作环境16-17
• 2.2 冲床上下料工作流程及工作要求17-19
• 2.2.1 冲床上下料工作流程17-18
• 2.2.2 冲压加工生产线的实现18-19
• 2.2.3 上下料机械手的工作要求19
• 2.3 机械手的设计方案实现19-22
• 2.3.1 工业机械手的设计原则19-20
• 2.3.2 机械手运动方案的确定20-22
• 2.3.3 相关技术参数要求22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 机械手的总体结构设计23-47
• 3.1 机械手的驱动方案设计23-24
• 3.3 机械手的传动方案设计24-28
• 3.3.1 机身升降的传动方案25
• 3.3.2 伸缩臂的传动方案25-26
• 3.3.3 回转轴的传动方案26-28
• 3.4 机械手的主要结构设计28-36
• 3.4.1 手部端拾器设计28-30
• 3.4.2 腕部的结构设计30-33
• 3.4.3 臂部的结构设计33-34
• 3.4.4 腰座的结构设计34-36
• 3.5 机械手关键部件的选型计算36-42
• 3.5.1 伺服电机与减速装置的选型计算36-37
• 3.5.2 同步带的选型计算37-40
• 3.5.3 滚珠丝杠的选型计算40-42
• 3.6 真空系统的设计42-46
• 3.6.1 真空原件介绍42-43
• 3.6.2 吸盘端拾器真空系统设计43-44
• 3.6.3 真空元件的选型计算44-46
• 3.7 本章小结46-47
• 4 冲床机械手运动学分析及建模仿真47-66
• 4.1 刚体的齐次变换和D-H表示法47-52
• 4.1.1 刚体位姿的描述47-49
• 4.1.2 刚体的齐次坐标变换49-50
• 4.1.3 D-H表示法50-52
• 4.2 机械手运动学分析52-56
• 4.2.1 机械手正运动学求解52-54
• 4.2.2 机械手逆运动学求解54-56
• 4.3 机械手运动学建模与仿真56-65
• 4.3.1 机械手仿真模型的建立57-58
• 4.3.2 机械手正逆运动学仿真58-60
• 4.3.3 机械手轨迹规划仿真60-65
• 4.4 本章小结65-66
• 5 机械手控制系统的设计与研究66-93
• 5.1 控制系统总体方案设计66-67
• 5.1.1 机械手控制要求分析66
• 5.1.2 控制方案的解决66-67
• 5.2 PLC系统的选型和配置67-69
• 5.3 伺服运动控制系统的设计69-77
• 5.3.1 SSCNET网络通讯总线69-70
• 5.3.2 伺服系统的组成和选型70-72
• 5.3.3 伺服系统电气设计72-74
• 5.3.4 伺服系统相关参数的设置74-77
• 5.4 PLC程序的设计77-85
• 5.4.1 机械手工作流程分析77-78
• 5.4.2 PLC系统输入/输出点的设计78-80
• 5.4.3 机械手回原点程序80-82
• 5.4.4 机械手手动运行程序82-84
• 5.4.5 机械手自动运行程序84-85
• 5.5 机械手人机界面的设计85-92
• 5.5.1 人机界面概述85-86
• 5.5.2 人机界面的设计方案86
• 5.5.3 人机界面的画面设计86-91
• 5.5.4 触摸屏的模拟运行91-92
• 5.6 本章小结92-93
• 总结与展望93-95
• 参考文献95-99
• 致谢99-101
• 攻读学位期间发表的学术论文目录101-102

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