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      單片機注塑機械手配合真空吸盤抓手設計

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-16 11:02:26    瀏覽次數:5    評論:0
      導讀

      近年來,隨著自動化技術、計算機技術的高速發展,傳統工業正經歷著更新換代的時期。工業機械手作為科技發展的產物,目前已成為一種備受歡迎的自動化設備[1-3]。它的主要優點在于通過程序控制完成機械化運動,無需進行智能算法的設計,完美地替代人類完成重復的機械化勞動,有效地降低了生產成本。

      近年來,隨著自動化技術、計算機技術的高速發展,傳統工業正經歷著更新換代的時期。工業機械手作為科技發展的產物,目前已成為一種備受歡迎的自動化設備[1-3]。它的主要優點在于通過程序控制完成機械化運動,無需進行智能算法的設計,完美地替代人類完成重復的機械化勞動,有效地降低了生產成本,滿足了現代工業化方向的智能性和場景應用適應性需求。注塑行業作為當前機械制造業發展最為迅速的行業之一,對于生產車間的智能化、快速化性能提出了更高的要求。機械手的發展無疑是企業在市場競爭中占據優勢的重要保障,不僅能夠加快自動化生產的進程,保障注塑制品的性能,同時能夠確保注塑生產行業效率穩步增長。因此,針對注塑行業的不斷發展,本工作設計了一種小型注塑機機械手控制裝置,該裝置可以完美地模擬人類手臂進行不間斷的重復性勞動,代替人類完成取件作業以實現注塑機的自動化生產,該裝置對于促進注塑行業的發展以及推動傳統工業的發展具有重要的指導意義[4-5]。

      1 檢測系統設計

      1.1 機械手裝置介紹

      該裝置由工作臺、底座、機械手組成。其中,機械手主要由升降桿、伸縮桿、伸縮步進電機、升降步進電機,以及真空吸盤裝置組成。真空吸盤裝置主要由氣泵、電磁閥、真空發生器、消聲器和真空吸盤組成[6-9]。小型機械手裝置原理圖如圖1所示。

      圖1 小型機械手裝置原理圖
      Fig.1 Schematic diagram of small manipulator

      1.2 機械手控制系統設計原理以及硬件選型

      機械手控制系統的工作原理:首先,單片機根據預先設置的工件位置、機械手底座位置以及生產線預設位置的距離,確定機械手伸縮和升降的距離;其次,單片機控制伸縮步進電機和升降步進電機使吸盤處于工件位置的安全距離,啟動電磁閥完成對工件的吸??;最后,單片機控制伸縮步進電機、升降步進電機移動工件至生產線預設位置[10-14]。機械手控制系統設計框圖見圖2。

      圖2 機械手控制系統設計框圖
      Fig.2 Design block diagram of control system in manipulator

      對機械手控制系統進行設計后,進行相應的硬件選型。硬件選型主要為單片機、步進電機、電磁閥、真空發生器、吸盤的選型。單片機選取STC89C52系列,它是基于8051內核設計的新一代的高速、低功耗單片機,具有精簡指令集結構8051CPU,實際工作頻率可達48 MHz,通過串口下載用戶程序時間短,滿足本系統對于步進電機和電磁閥通斷電的控制。選用42BYG34-401A型插線式步進電機,該步進電機具有力距大、自感電抗小、響應性好、噪音低、輸出穩定以及可長時間運載的優點。同時,采用TB6600型驅動器可控制其進行相應的運轉,滿足機械手控制系統的需求[15-17]。真空發生器的選型主要考慮消耗壓縮空氣流量、抽真空流量和真空度3個參數,考慮到實驗室的工件材質為聚乳酸,因此,選取單位面積上的吸盤壓力較大的真空發生器。吸盤的選型主要考慮器件的形狀,結合本次工件目標為正方體,選取定位精度高、穩定性良好、可實現高抽吸力的扁平吸盤[18-19]。

      1.3 工作流程以及控制原理介紹

      系統啟動后,首先會啟動單片機,根據預先設定的位置關系,單片機通過脈沖信號控制步進電機驅動器,步進電機驅動器控制升降電機將機械臂抬高,抬到預定位置后,控制伸縮電機將機械臂移動到工件位置上方,然后控制升降電機將機械臂下移至安全位置,再利用單片機控制真空吸盤通電將工件吸取出來,完成工件的吸??;其次,單片機控制升降步進電機將機械臂抬高至安全距離,控制伸縮電機將工件傳送至生產線預設位置,控制升降電機將工件下降至安全距離,再通過單片機控制電磁閥斷電,釋放工件,即完成了一次工件抓取。上述系統工作中,單片機通過脈沖信號控制步進電機驅動器,驅動器進而控制步進電機的旋轉方向以及旋轉角度;單片機控制電磁閥的通斷電來實現真空吸盤對工件的抓取和釋放。機械手工作流程示意見圖3。

      圖3 機械手工作流程示意
      Fig.3 Working flow diagram of manipulator

      2 實驗設計

      首先根據工作流程編寫單片機程序,然后進行程序的初期調試,完成對工件的成功提取和釋放。為了對程序完整性以及系統搭建的可靠性進行驗證,需要進行多組不同的實驗。為了保證機械手的安全可靠性,本工作設計了3組不同質量和大小的工件進行實驗,針對3組工件又分別進行了400組實驗,通過大量的實驗數據來保障系統的可靠性。

      3 結果與討論

      從表1~表3可以看出:第一組實驗的成功率為98.5%,失敗率為1.5%;第二組的成功率為96.8%,失敗率為3.2%;第三組的成功率為94.5%,失敗率為5.5%。這說明對于質量較低的工件進行實驗,成功的比例相對很高,隨著工件體積和質量的增加,成功的比例相對較低,且第三組數據在前兩次成功率太低的情況下進行了程序的調整,調整后,兩組數據顯示成功率為94.5%。因此,機械手對于不同的工件進行吸取、釋放時,需要進行相應的程序調整,實際工廠環境下對于不同的工件同樣需要設置固定的程序。

      表1 第一組實驗運行情況
      Tab.1 Operating conditions of 1st set of experiments

      注: 工件尺寸為6 cm×5 cm×4 cm;質量為550 g。

      表2 第二組實驗運行情況
      Tab.2 Operating conditions of 2nd set of experiments

      注: 工件尺寸為7 cm×5 cm×6 cm;質量為1.2 kg。

      表3 第三組實驗運行情況
      Tab.3 Operating conditions of 3rd set of experiments

      注: 工件尺寸為8 cm×6 cm×6 cm;質量為1.8 kg。

      4 結論

      a)針對不同的工件進行程序調整,機械手的成功率可達94.0%以上,滿足對于機械臂工作的設計需求。

      b)基于單片機的小型注塑機機械手裝置,可以實現將目標工件精準提取并轉移至目標位置的功能,促進了注塑行業的快速發展,對傳統工業的發展具有一定的研究意義。

      5 參考文獻

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