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关节式自动上下料机械手设计(PLC控制)开题报告.doc

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关节式自动上下料机械手设计(PLC控制)开题报告.doc

毕业设计(论文)学生开题报告课题名称关节式自动上下料机械手设计(PLC控制)课题来源生产实践课题类型AX指导教师学生姓名学号专业班级本课题的研究现状、研究目的及意义工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代七五科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五,八五科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆,孤焊,点焊,装配,搬运等机器人,其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来,我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如可靠性低于国外产品,机械手应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件,硬件和机械结构。目前工业机械手仍大量应用在制造业,其中汽车工业占第一位(占28.9),电器制造业第二位(占16.4),化工第三位(占11.7)。发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4~53,年产每万辆汽车所拥有的机械手数为(包括整车和零部件)日本88.0台,德国64.0台,法国32.2台,英国26.9台,美国33.8台,意大利48.0台世界工业机械手的数目虽然每年在递增,但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件,恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透,工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压,气压控制开始向人工智能化转变,并且随着电子技术的发展和科技的不断进步,这项技术将日益完善。上料机械手与卸料机械手相比,其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料,工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业,最大抓取棒料直径达180mm,最大抓握重量可达30公斤,最大行走距离为1200mm。根据作业要求及载荷情况,机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪,小臂,大臂,手臂回转机构,小车行走机构,液压泵站电器控制系统组成,同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上,结构紧凑。电气控制系统采用OMRON可编程控制器,各种作业的实现可以通过编程实现。22本课题的研究内容工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分,传感部分,控制部分。六个子系统是驱动系统,机械结构系统,感受系统,机器人环境交互系统,人机交互系统,控制系等等。该机械手为机床上下料机械手,圆柱体工件约30千克,要求下料之后马上上料,一次完成上下料两步骤。动作顺序加工工位等候机械手臂下降手爪收拢夹紧已加工好的工件手臂上升手臂回转至卸料工位手臂下降(手腕回转)手爪松开工件手臂上升回转至加工工位手臂下降手爪松开工件手臂上升至等待工位等候。机械手的动作全部采用液压驱动,PLC控制。一、机械手驱动系统的选择设计机械手时,选择哪一类驱动系统,要根据机械手的用途,作业要求,机械手的性能规范,控制功能,维护的复杂程度,运行的功耗,性能与价格比以及现有条件等综合因素加以考虑.在注意各类驱动系统特点的基础上,综合上述各因素,充分论证其合理性,可行性,经济性以及可靠性后进行最终的选择。按动力源的不同机器人又分为电气驱动、液压驱动、气动驱动三种。液压驱动的特点是功率大,气动驱动存在冲击力大,精度难以控制等缺点,而电气驱动具有控制方便、J性能好等优点。(综合考虑本机械手采用液压驱动)二、机械手结构设计机械结构是物料抓取机械手最终的执行机构,是机器人赖以实现各种运动的实体,机械结构的布局、类型、传动方式以及驱动系统的设计直接关系着机器人的工作性能。机械结构按坐标形式主要有直角坐标型、球坐标型、圆柱坐标型、SCARA型和关节型等。直角坐标型机器人操作臂的优点是结构简单、刚度高,三个关节的运动相互独立,其间没有祸合,不影响末端手爪的姿态,不产生奇异状态,运动和控制都比较简单缺点是占地面积大,动作范围小,操作灵活性差。球坐标机器人和圆柱坐标机器人占地面积小,工作空间较大,在空间中的定位也比较直观,但是它们的移动关节不容易防护,极坐标型机器人也存在移动关节不易防护的问题,它们多用于一些特殊的作业环境。SCARA型机器人的主要特点是结构轻便,响应快,最适用于在垂直方向完成零件的装配作业。关节型机器人操作臂的优点是结构紧凑,占地面积小,动作灵活,在作业空间内手臂的干涉最小,工作空间大缺点是进行控制时计算量比较大,确定末端执行部件的位姿不直观。针对该上下料机械手,为了使它具有一定的操作灵活性和较好的使用性能,在结构设计上采用圆柱坐标型。整个机器人系统设计为四个自由度。自由度的分布情况为机身的升降和回转,手臂的伸缩,手腕的回转。三、手部的结构设计手部就是与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附式手部。为了使机械手的通用性更强,把机械手的手部结构设计成可更换结构,当被夹持工件是圆柱刀柄时,使用夹持式手部当该机械手做其他用途,被夹持工件是板料时,可使用气流负压式吸盘。(本课题工件为圆柱体工件,所以手部采用夹持式)23具体设计内容和要求一、设计内容1.了解关节式机械手的基本结构和设计方法2.械手手部结构和运动机构的结构设计3.机械手驱动系统的设计4.学习PLC控制的有关内容,利用PLC的梯形图编写程序5.绘制零件图和装配图,设计说明书一份二、设计要求1.完成关节式机械手的整体装配图2.完成液压系统原理图3.完成PLC外部接线图4.完成PLC梯形图编程,运行程序通过5.完成相关英文翻译一篇6.撰写设计说明书,要求字迹工整本课题研究的实施方案、进度安排一、实施方案通过生产厂房中的实际观察,以及利用网络或图书馆参阅有关关节式上下料机械手的资料,根据已有的标准规格和设计要求,在老师的指导下进行合理的设计。二、进度安排1)3月2031日,主要进行毕业设计的准备工作,熟悉题目,收集资料,明确研究目的和任务2)4月125日,设计方案的确定,设计参数和尺寸的计算和分析3)4月265月15日,绘制机械手各部分图纸(手爪图、手腕图、手臂图和它们的组合图)4)5月165月27日,收尾完善,编写毕业设计论文,准备毕业设计答辩5)5月286月5日,毕业答辩。

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