傳動機械手的課程設計

1、<p>　　設計題名：傳送機械手的設計</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p><b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　專 業(yè)：</b>&l

2、t;/p><p><b>　　年 級：</b></p><p>　　摘要：本課題是為普通車床配套而設計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人

3、手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機械手是有效的。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>　　本課題通過應用AutoCAD 技術對機械手進行結(jié)構(gòu)設計和液壓傳動原理設計，它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡

4、盤中的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設定。</p><p>　　關鍵字 機械手，AutoCAD 。</p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　引言4</b></p><p>　　1 機械手的方案設計4</p><p

5、>　　1.1 功能需求分析4</p><p>　　1.2 機械手的結(jié)構(gòu)5</p><p>　　1.3 機械手的控制方案5</p><p>　　1.4 機械手的控制面板7</p><p>　　2 機械手的硬件組成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8</p><p>　　2.4 電磁閥的選擇8</p><p>　　3 傳送機械手的軟件及控制要求9</p><p>　　3.1 控制要求9</p><p>　　3.2 傳送機械手的I/O分配圖9</p><p>

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

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

9、移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手越來越廣泛的得到了應用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自

10、動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應于中、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，而且適應性很強。當工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模

11、和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)</p><p>　　本課題在對一種執(zhí)行機構(gòu)由電動機組成的工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)進行分析的基礎上，將PLC應用于其控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。根據(jù)該機械手的工作特點，采用步進順序控制方式，是程序簡化，便于調(diào)試。將PC與PLC組成分布式控制系統(tǒng)，進行聯(lián)網(wǎng)通信，工作人員可在上位機上編程、監(jiān)控設備運行情況，實時地對現(xiàn)場參數(shù)進行修改、調(diào)整，

12、使系統(tǒng)工作與最佳狀態(tài)。</p><p>　　1 機械手的方案設計</p><p>　　1.1 功能需求分析</p><p>　　國內(nèi)在PLC技術與產(chǎn)品開發(fā)應用方面發(fā)展很快，除有許多從國外引進的設備、自動化生產(chǎn)線，國產(chǎn)的機床設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控制的機械手在工業(yè)中運用越來越廣泛。</p><

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

14、本機械手包括手部，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)。當手部將材料夾緊利用延時來控制。</p><p>　　手臂：手臂是支承被抓物件、手部的重要部件。手臂的作用是帶動手部去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置。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

15、手臂運動的部件。它的運動是利用電磁閥帶動橫桿的液壓缸來進行左右移動的。</p><p>　　基座：機座是機械手的基礎部分，用來將機械手的執(zhí)行機構(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>　　機械手的控制方案 </b></p>&l

16、t;p>　　本設計機械手主要用于在工業(yè)領域內(nèi)在機床上進行材料的搬運，將一個未加工或者半成品從一個工臺抓到另一個加工臺進行加工 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。當按下開始按鈕后，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥開始通電，機械手上升；上升到頂時，碰到上限位開關，

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

18、成一個周期的循環(huán)。 </p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　1.4 機械手的控制面板</p><p>　　如圖 3 利用旋轉(zhuǎn)按鈕來選擇單步還是自動。如果單步則用按鈕來具體控制，在運行時要按啟動按鈕，停止時按停止按鈕，當機械手位于原點時原點燈亮。</p><p><b>　　圖3<

19、/b></p><p>　　2 機械手的硬件組成</p><p>　　2.1 液壓缸選擇選型</p><p>　　T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8 （2.13）</p><p>　　W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b （

20、2.14）</p><p>　　式中：Ηm—機械效率取： 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)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。本

24、課題中控制器采用S7——200系列具體型號為SIMATIC S7-200 CPU224的PLC來進行控制。如圖4</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　2.3 限位開關</b></p><p>　　在本設計的機械手中采用了限位開關來進行系統(tǒng)的保護，當手臂在下降或者上升時碰到限位開關會使電機停

25、止運行從而起到一定的保護作用。</p><p>　　2.4 電磁閥的選擇</p><p>　　本傳送機械手設計中利用電磁閥來控制液壓缸來實現(xiàn)機械手的運動。本設計中利用單電控電磁閥來實現(xiàn)對液壓缸的控制。以實現(xiàn)機械手的運行。</p><p>　　3 傳送機械手的軟件及控制要求</p><p>　　3.1 控制要求 </p>&

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

27、1,SQ2,SQ3,SQ4,夾緊裝置不帶限位開關，是由一定延時完成。如圖5</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　3.2 傳送機械手的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個輸入點和6個輸出點，輸入輸出分配表如圖表6所示。 </p><p>　　表6 PLC控制

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

29、<p>　　程序說明：當機械手處于原位時，上升限位開關I0.2、左限位開關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>　　按下啟動按鈕，I0.0置1，產(chǎn)生移位信號，M10.0的1移至M10.1，下降閥輸出繼電器Q0.0接通，執(zhí)行下降動作，由于上升限位開關I0.2斷開，M10.0置0，原位指示燈滅。</p><

30、;p>　　當下降到位時，下限位開關I0.1接通，產(chǎn)生移位信號，M10.0的0移位到M10.1，下降閥Q0.0斷開，機械手停止下降，M10.1的1移到M10.2，M20.0線圈接通，M20.0動合觸電閉合，夾緊電磁閥Q0.1接通，執(zhí)行夾緊動作，同時啟動定時器T37，延時1.7S。</p><p>　　機械手夾緊工件后，T37動合觸點接通，產(chǎn)生移位信號，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，機械手繼續(xù)夾緊工件。</p><p>　　當上升到位時，上限位開關I0.2接通，產(chǎn)生移位信號，0移位至M10.3，Q0.2線圈斷開，不在上升，同時移位信號使M10.4置1，I0.4斷開，右移閥繼電器Q0.3接通，執(zhí)行右移動作。</p><p>　　待移至右限位開關動作位置，I0.3動合觸點接通，

32、產(chǎn)生移位信號，使M10.3的0移位到M10.4，Q0.3線圈斷開，停止右移，同時M10.4的1已移到M10.5，Q0.0線圈再次接通，執(zhí)行下降動作。</p><p>　　當下降到使I0.1動合觸點接通位置，產(chǎn)生移位信號，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復位，Q0.1線圈斷開，機械手松開工件；同時T38啟動延時1.5S，T38動合觸點接通，產(chǎn)生移位信號，使M10.6

33、變?yōu)?，M10.7位1，Q0.2線圈再度接通，I0.1斷開，機械手又上升，行至上限位置，I0.2觸點接通，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>　　到達左限位開關位置，I0.4觸點接通，M11.0為0，M11.1為1，移位寄存器全部復位，Q0.4線圈斷開，機械手回到原位，由于I0.2,I0.4均接通，M10.0被置1，完成一個工作周期。&

34、lt;/p><p>　　再次按下啟動按鈕，將重復上述動作。程序如下：</p><p>　　3.4.2 手動控制程序</p><p>　　手動控制時先將總控制按鈕打到手動，就可以利用手動面板控制。程序如下：</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過此次課程設計，使我了解了機械手

35、的很多相關知識。使我也了解了當前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術，了解了抓取式機械手設計的一般過程，通過對抓取式機械手的結(jié)構(gòu)設計作了系統(tǒng)的設計，掌握了一定的機械設計方面的基礎。為以后的工作學習創(chuàng)造了一定基礎。</p><p>　　本次畢業(yè)設計只是對抓取式機械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動做了系統(tǒng)的計算設計，設計中較少涉及到機械手的控制問題，對這方面有點模糊，需要在以后的工作學習中了解和掌握。</p><

36、p>　　本次設計的是抓取式機械手設計，相對于通用機械手，因此，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，同時成本低廉，專用性比較高，可實現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運工作。</p><p>　　由于經(jīng)驗知識水平的局限，設計難免有不到之處，望老師見量，指正。</p><p>　　綜上，通過近一個星期的課程設計，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及課程設計的撰寫等各個環(huán)節(jié)，我對大學學生