傳動(dòng)機(jī)械手的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　設(shè)計(jì)題名：傳送機(jī)械手的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　專 業(yè)：</b>&l

2、t;/p><p><b>　　年 級(jí)：</b></p><p>　　摘要：本課題是為普通車床配套而設(shè)計(jì)的上料機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人

3、手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。</p><p>　　本課題通過應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)，它能實(shí)行自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng)；在安裝工件時(shí)，將工件送入卡

4、盤中的夾緊運(yùn)動(dòng)等。上料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。</p><p>　　關(guān)鍵字 機(jī)械手，AutoCAD 。</p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　引言4</b></p><p>　　1 機(jī)械手的方案設(shè)計(jì)4</p><p

5、>　　1.1 功能需求分析4</p><p>　　1.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)5</p><p>　　1.3 機(jī)械手的控制方案5</p><p>　　1.4 機(jī)械手的控制面板7</p><p>　　2 機(jī)械手的硬件組成7</p><p>　　2.1 液壓缸選擇選型7</p><p&

6、gt;　　2.2 控制器的選擇8</p><p>　　2.3 限位開關(guān)8</p><p>　　2.4 電磁閥的選擇8</p><p>　　3 傳送機(jī)械手的軟件及控制要求9</p><p>　　3.1 控制要求9</p><p>　　3.2 傳送機(jī)械手的I/O分配圖9</p><p>

7、;　　3.3 傳送機(jī)械手的PLC外圍連接圖10</p><p>　　3.4 傳送機(jī)械手的梯形圖及其說明11</p><p>　　3.4.1 自動(dòng)控制程序11</p><p>　　3.4.2 手動(dòng)控制程序14</p><p><b>　　總結(jié)16</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)..

8、................................................................................................................................17</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和

9、移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自

10、動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對(duì)路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模

11、和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)</p><p>　　本課題在對(duì)一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)組成的工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將PLC應(yīng)用于其控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)該機(jī)械手的工作特點(diǎn)，采用步進(jìn)順序控制方式，是程序簡(jiǎn)化，便于調(diào)試。將PC與PLC組成分布式控制系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，工作人員可在上位機(jī)上編程、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行修改、調(diào)整，

12、使系統(tǒng)工作與最佳狀態(tài)。</p><p>　　1 機(jī)械手的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 功能需求分析</p><p>　　國內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除有許多從國外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線，國產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來越多地采用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。利用PLC控制的機(jī)械手在工業(yè)中運(yùn)用越來越廣泛。</p><

13、p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中利用機(jī)械手能夠提高效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，所以現(xiàn)在社會(huì)中機(jī)械手的運(yùn)用越來越廣泛。在生產(chǎn)中運(yùn)用機(jī)械手進(jìn)行材料的搬運(yùn)的運(yùn)用也非常普遍。本課程設(shè)計(jì)中就介紹了一款在工業(yè)生產(chǎn)中利用機(jī)械手進(jìn)行材料搬運(yùn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在加工中心中，利用本機(jī)械手可以進(jìn)行材料的自動(dòng)抓取，進(jìn)行材料的搬運(yùn)。</p><p><b>　　機(jī)械手的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　如圖1

14、本機(jī)械手包括手部，手臂，橫桿，基座4部分組成。</p><p>　　手部：與物件接觸的部件。本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。當(dāng)手部將材料夾緊利用延時(shí)來控制。</p><p>　　手臂：手臂是支承被抓物件、手部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手部去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。手臂的上升和下降利用電磁閥控制液壓缸來控制。</p><p>　　橫桿：是用來帶動(dòng)

15、手臂運(yùn)動(dòng)的部件。它的運(yùn)動(dòng)是利用電磁閥帶動(dòng)橫桿的液壓缸來進(jìn)行左右移動(dòng)的。</p><p>　　基座：機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，用來將機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)系統(tǒng)安裝在基座上，故起到支撐和連接的作用。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　機(jī)械手的控制方案 </b></p>&l

16、t;p>　　本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要用于在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)在機(jī)床上進(jìn)行材料的搬運(yùn)，將一個(gè)未加工或者半成品從一個(gè)工臺(tái)抓到另一個(gè)加工臺(tái)進(jìn)行加工 其系統(tǒng)框圖為：</p><p>　　如圖2所示 其功能是將工件從A移送到B處。當(dāng)按下開始按鈕后，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥開始通電，機(jī)械手上升；上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，

17、上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移，右移到位時(shí)，碰到右移限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。此時(shí)，右工作臺(tái)無工作，下降電磁閥接通，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松，放松后，上升電磁閥上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升碰到限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移；左移到原位時(shí)，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手完

18、成一個(gè)周期的循環(huán)。 </p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　1.4 機(jī)械手的控制面板</p><p>　　如圖 3 利用旋轉(zhuǎn)按鈕來選擇單步還是自動(dòng)。如果單步則用按鈕來具體控制，在運(yùn)行時(shí)要按啟動(dòng)按鈕，停止時(shí)按停止按鈕，當(dāng)機(jī)械手位于原點(diǎn)時(shí)原點(diǎn)燈亮。</p><p><b>　　圖3<

19、/b></p><p>　　2 機(jī)械手的硬件組成</p><p>　　2.1 液壓缸選擇選型</p><p>　　T=PD（ΦA(chǔ)1²-Φmm²）ηm×106/8 （2.13）</p><p>　　W=8θηv/（ΦA(chǔ)1²-Φmm²）b （

20、2.14）</p><p>　　式中：Ηm—機(jī)械效率?。?0.85～0.9</p><p>　　Ηv—容積效率?。?0.7～0.95</p><p>　　所以代入公式（2.13）得：</p><p>　　T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/

21、8</p><p>　　=25.8（N·M）</p><p>　　T<M=30.5（N·M）</p><p>　　代入公式（2.14）得：</p><p>　　W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03</p>&

22、lt;p>　　=0.673rad/s</p><p>　　W<π/4≈0.785rad/s</p><p><b>　　圓整其他缸的數(shù)值：</b></p><p>　　手部抓取缸工作壓力PⅠ=2Mpa </p><p>　　流量QⅠ=120ml/s</p><p>　　小臂

23、伸縮缸工作壓力PⅠ=0.25Mpa </p><p>　　流量QⅠ=1000ml/s</p><p>　　橫桿伸縮缸工作壓力PⅠ=0.25Mpa </p><p>　　流量QⅠ=1000ml/s</p><p>　　2.2 控制器的選擇</p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。本

24、課題中控制器采用S7——200系列具體型號(hào)為SIMATIC S7-200 CPU224的PLC來進(jìn)行控制。如圖4</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　2.3 限位開關(guān)</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)的機(jī)械手中采用了限位開關(guān)來進(jìn)行系統(tǒng)的保護(hù)，當(dāng)手臂在下降或者上升時(shí)碰到限位開關(guān)會(huì)使電機(jī)停

25、止運(yùn)行從而起到一定的保護(hù)作用。</p><p>　　2.4 電磁閥的選擇</p><p>　　本傳送機(jī)械手設(shè)計(jì)中利用電磁閥來控制液壓缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中利用單電控電磁閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的控制。以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)行。</p><p>　　3 傳送機(jī)械手的軟件及控制要求</p><p>　　3.1 控制要求 </p>&

26、lt;p>　　氣動(dòng)傳送機(jī)械手的上升下降和左行右移動(dòng)作分別由兩個(gè)具有雙線圈的兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓缸來完成。其中上升與下降對(duì)應(yīng)的電磁閥的線圈分別為YV1和YV2；左行右行對(duì)應(yīng)的電磁閥的線圈分別為YV3和YV4。若某個(gè)電磁閥通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，直到相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)線圈通電為止。另外氣動(dòng)傳送機(jī)械手的夾緊和防守動(dòng)作由另一個(gè)線圈的電磁閥來完成，線圈YV5通電時(shí)夾緊，YV6通電時(shí)放松。機(jī)械手的工作臂都設(shè)有上下限位和左右限位的位置開關(guān)SQ

27、1,SQ2,SQ3,SQ4,夾緊裝置不帶限位開關(guān)，是由一定延時(shí)完成。如圖5</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　3.2 傳送機(jī)械手的I/O分配圖</p><p>　　根據(jù)控制要求及控制分析，該系統(tǒng)需要6個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，輸入輸出分配表如圖表6所示。 </p><p>　　表6 PLC控制

28、傳送機(jī)械手的輸入輸出分配表 </p><p>　　3.3 傳送機(jī)械手的PLC外圍連接圖</p><p>　　如圖7 為機(jī)械手的外部連接圖：</p><p>　　圖7 PLC 機(jī)械手的外圍連接圖</p><p>　　3.4 傳送機(jī)械手的梯形圖及其說明</p><p>　　3.4.1 自動(dòng)控制程序</p>

29、<p>　　程序說明：當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，上升限位開關(guān)I0.2、左限位開關(guān)I0.4均處于接通狀態(tài)，移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端接通，使M10.0置1，Q0.5線圈接通，原位指示燈亮。</p><p>　　按下啟動(dòng)按鈕，I0.0置1，產(chǎn)生移位信號(hào)，M10.0的1移至M10.1，下降閥輸出繼電器Q0.0接通，執(zhí)行下降動(dòng)作，由于上升限位開關(guān)I0.2斷開，M10.0置0，原位指示燈滅。</p><

30、;p>　　當(dāng)下降到位時(shí)，下限位開關(guān)I0.1接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，M10.0的0移位到M10.1，下降閥Q0.0斷開，機(jī)械手停止下降，M10.1的1移到M10.2，M20.0線圈接通，M20.0動(dòng)合觸電閉合，夾緊電磁閥Q0.1接通，執(zhí)行夾緊動(dòng)作，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T37，延時(shí)1.7S。</p><p>　　機(jī)械手夾緊工件后，T37動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M10.3置1,0移位置M10.2，上升電磁閥Q0.2接

31、通，I0.1斷開，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于使用S指令，M20.0線圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，機(jī)械手繼續(xù)夾緊工件。</p><p>　　當(dāng)上升到位時(shí)，上限位開關(guān)I0.2接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，0移位至M10.3，Q0.2線圈斷開，不在上升，同時(shí)移位信號(hào)使M10.4置1，I0.4斷開，右移閥繼電器Q0.3接通，執(zhí)行右移動(dòng)作。</p><p>　　待移至右限位開關(guān)動(dòng)作位置，I0.3動(dòng)合觸點(diǎn)接通，

32、產(chǎn)生移位信號(hào)，使M10.3的0移位到M10.4，Q0.3線圈斷開，停止右移，同時(shí)M10.4的1已移到M10.5，Q0.0線圈再次接通，執(zhí)行下降動(dòng)作。</p><p>　　當(dāng)下降到使I0.1動(dòng)合觸點(diǎn)接通位置，產(chǎn)生移位信號(hào)，0移至M10.5,1移至M10.6，Q0.0線圈斷開，停止下降，R指令使M20.0復(fù)位，Q0.1線圈斷開，機(jī)械手松開工件；同時(shí)T38啟動(dòng)延時(shí)1.5S，T38動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M10.6

33、變?yōu)?，M10.7位1，Q0.2線圈再度接通，I0.1斷開，機(jī)械手又上升，行至上限位置，I0.2觸點(diǎn)接通，M10.7變?yōu)?，M11.0位1，Q0.2斷開，停止上升，Q0.4線圈接通，I0.3斷開，左移。</p><p>　　到達(dá)左限位開關(guān)位置，I0.4觸點(diǎn)接通，M11.0為0，M11.1為1，移位寄存器全部復(fù)位，Q0.4線圈斷開，機(jī)械手回到原位，由于I0.2,I0.4均接通，M10.0被置1，完成一個(gè)工作周期。&

34、lt;/p><p>　　再次按下啟動(dòng)按鈕，將重復(fù)上述動(dòng)作。程序如下：</p><p>　　3.4.2 手動(dòng)控制程序</p><p>　　手動(dòng)控制時(shí)先將總控制按鈕打到手動(dòng)，就可以利用手動(dòng)面板控制。程序如下：</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手

35、的很多相關(guān)知識(shí)。使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了抓取式機(jī)械手設(shè)計(jì)的一般過程，通過對(duì)抓取式機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)。為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定基礎(chǔ)。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)抓取式機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)做了系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中較少涉及到機(jī)械手的控制問題，對(duì)這方面有點(diǎn)模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握。</p><

36、p>　　本次設(shè)計(jì)的是抓取式機(jī)械手設(shè)計(jì)，相對(duì)于通用機(jī)械手，因此，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)成本低廉，專用性比較高，可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運(yùn)工作。</p><p>　　由于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)水平的局限，設(shè)計(jì)難免有不到之處，望老師見量，指正。</p><p>　　綜上，通過近一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計(jì)算，再到工程圖紙的繪制以及課程設(shè)計(jì)的撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)，我對(duì)大學(xué)學(xué)生