河南科技大学

河南科技大学 毕业论文 姓 名 ： 学 号 : 专 业： 论文题目：PLC 控制机械手设计 指导教师： 职 称： 讲师 2012年1月 1日  中文摘要 机械手是能够模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓（吸）取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置，它能部分的代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。在我国，工业机械手近年来有较快的发展，投入了大量的人力物力加以研究和应用，并且很好的效果。本课题主要研究的问题是quot近距离自动移动式机械手臂设计--气压驱动式quot。设计包括两大方面，其中之一是自动行走部分，另一部分为手臂的运转。采用同一驱动能源--气泵。行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。气压泵固定在某处，用一根软管将泵与马达相连，马达安装在行走装置中。运动手臂的直线运动用气缸来实现，旋转运动用气压马达来实现。行走的时候手臂不动，手臂运动的时候，行走部分停止运动。 关键词 机械手 气压驱动 自动移动 气泵 目 录 1 引言（或绪论）………………………………………………………………… 1 1.1机械手及其组成 ………………………………………………………………1 1.2 机械手的分类………………………………………………………………… 2 1.3 应用机械手的意义…………………………………………………………………3 1.4 机械手的发展概况…………………………………………………………………3 2 机械手的设计…………………………………………………………… 5 2.1 机械手设计的总体方案……………………………………………………………5 2.2 机器人的规格参数…………………………………………………………………6 2.3 气动部件设计的简要分析…………………………………………………………7 3 机械手的计算………………………………………………………… 17 3.1 设计手臂结构应注意的问题………………………………………………………17 3.2 小车的设计及计算………………………………………………………… 23 4 机械手臂的工作原理………………………………………………………… 21 4.1 气动原理图………………………………………………………… 25 4.2 电磁铁动作程序表………………………………………………………… 27 4.3 机械手的缓冲和定位………………………………………………………… 28 5 PLC 控制机械手设计………………………………………………………. 29 结论 …………………………………………………………………………………35 致谢 ………………………………………………………………………………36 参考文献……………………………………………………………………………37 附录 A 装配图 ………………………………………………………… 38 附录 B 零件图 ………………………………………………………… 39绪 论 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为quot工业机械手quot。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 1.1 机械手及其组成 1.1.1 什么是机械手机械手是一种能模仿人手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手是工厂企业高度自动化的标志，它能完成许多高技术难度和繁重的体力劳动，尤其对于高温、高压、高湿度、污染等不适宜以人工工作的环境中，机械手起到了不可取代的作用。 1.1.2 机械手的组成机械手的组成及其相互之间的关系如图所示。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。 （二） 执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 手部 即与物件接触的部件。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。2、手腕 是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。5、行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。6、机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。7、其它部分 行程检测装置和传感装置等。行程检测装置是检测和控制机械手各运动行程（位置）的装置。传感装置其中装有某种传感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指与物件是否接触、物件有无滑下或脱落、物件的位置是否准确、手指对物件的握紧力是否与物件的重量相适应。（二）、运动机构 、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持使手部完成各种转动（摆动）物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2～3 个自由度。1.2 机械手的分类一、按机械手的使用范围分类：⑴ 专用机械手 一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线，用以自动的传送物件或操作某一工具。这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。⑵ 通用机械手（也称工业机器人）即指具有可变程序和单独驱动的控制系统，又不从属于某种机器，而能自动地完成传送物件或操作某些工具的机械装置。二、按机械手的驱动方式分类：⑴ 液压驱动机械手 以压力油进行驱动。⑵ 气压驱动机械手 以压缩空气进行驱动。⑶ 电力驱动机械手 直接用电机进行驱动。⑷ 机械驱动机械手 是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。三、按机械手臂力大小分类：⑴ 微型机械手 臂力小于 1 公斤。⑵ 小型机械手 臂力为 1～10 公斤。⑶ 中型机械手 臂力为 10～30 公斤。⑷ 大型机械手 臂力大于 30 公斤。四 按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 1.3 应用机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多地被应用。在机械工业中，铸、锻、焊、铆、冲压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其它部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。机械工业中，应用机械手的主要目的：一、可以提高生产过程的自动化程度。 应用机械手，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、可以改善劳动条件、避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作时有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减少人力，并便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动线上，目前几乎都设机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏进行生产。综上所述，有效地应用机械手，使发展工业的必然趋势。 1.4 机械手的发展概况 1.4.1 对机械手的一般要求：1、 降低机械手的成本 为了扩大机械手的使用范围，必须降低机械手的成本。据统计，机械手电气控制装置所占成本的比重较大。2、 品种多样化 为了适应不同工作的需要，应使的机械手的品种多样化，用机械手代替更多的人的手工劳动，进而实现生产过程的自动化。特别是那些工作比较单一、重复性很大而工作条件又较差和劳动量较大的工种，更应注意设计和使用各种类型的机械手。3、 零件、部件系列化、通用化、标准化 为了加速扩大机械手的应用领域，应尽量缩短其设计和制造周期。这样，就要求机械手的某种零件、部件如手部、臂部等）系列化、通用化、标准化。然后，即可根据具体工作的需要，将这些零件、部件（或再相应地增加一些其它零件、部件）进行组合，组成需要的机械手。当然，这样的机械手还应保证组合方便，一旦工作变更时，就能迅速而顺利的重新组合。4、 产品性能应准确可靠 机械手的重要技术指. 综 述 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为quot工业机械手quot。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。 执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、 手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。 2、手腕 是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。 3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。5、行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。6、机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。（二）驱动系统机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。1、 液压传动 是以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然有的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。2、气压传动 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性差，而且气源压力较低，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动 即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动。其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料