升降臂机械手及其控制系统设计

毕业设计（论文）题目 升降臂机械手及其控制系统设计院系名称 机械设计制造及自动化 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 答辩教师 时 间 摘要摘要经济的快速发展，机械手应用越来越广泛，所以我们要对其了解。对机械手进行设计，对于机械手的起源发展、设计要求、控制系统、驱动系统和执行系统进行设计。机械手的夹持部分重点分析，控制系统进行设计运用 PLC 进行编程，对各部分有所了解和分析。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。关键字：机械手,夹持部分,执行,控制山东科技大学继续教育学院毕业论文 AbstractABSTRACTThe rapid development of economy, manipulator used more widely, so we want to its understanding. Design of manipulator, the origin of the development for manipulator, design requirements, control system and drive system and implement system design. The clamping manipulator part focuses on the analysis, the control system design using PLC programmable, part of the understanding and analysis.Design of manipulator, the origin of the development for manipulator, design requirements, control system and drive system and implement system design. The clamping manipulator part focuses on the analysis, the control system design using PLC programmable, part of the understanding and analysis.Keywords ： Manipulator，Clamping part，Implement, Control目录目录摘要 .2ABSTRACT.III第一章 绪论 .11.1 机器人的发展过程 .11.2 工业机器人的发展趋势 .1第二章 机器人的设计要求 .32.1 工业机械手介绍 .32.1.1 机械手的特点 .32.2 技术参数 .4第三章 工业机器人驱动系统的分类 .5第四章 工业机器人的执行系统 .74.1 机身和臂部结构 .74.1.1 机身结构 .74.1.2 臂部结构 .84.2 手腕结构 .84.3 手部加紧气缸的设计 .8第五章 控制系统 .125.1 简介 .125.2 PLC 简介 .12致谢 .18参考文献 .19绪论0第一章 绪论1.1 机器人的发展过程近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如：在机床加工，装配作业，劳动条件差，单调重复易于疲劳的工作环境以及在危险场合下工作等。现在机器人学这一学科已从幼年转入青年时代。许多国家先后成立了机器人学会和协会。并召开了一些以机器人学为中心的国际学术会议，还出现了许多于此相关的杂志如 Robtics 等，在我国也自 1985 年开始创立各种关于机器人学的学会和协会，还出版了一些专业刊物如机器人等。这一学科也在我国形成了一定规模。近几年，智能机器人研究工作很重视，其具有了学习、推理和决策的能力。许多新技术又运用到了智能机器人上如临场感技术、虚拟现实技术、多智能体技术、人工神经网络技术、多传感器融合技术等。1.2 工业机器人的发展趋势研究新型机器人结构：随着工业机器人作业精度的提高和作业环境的复杂化，应开发新型微动机构保证动作精度；开发多关节、自由度的手臂和手指，研制新型的行走机构等以适应复杂的作业的需要。朝着智能化方向发展：在多品种，小批量生产的柔性制造自动化技术中，特别是机器人自动装配技术中，要求工业机器人对外部环境和对象物体有适应能力，即具有一定的“智能” ，机器人的智能化是指机器人具有感觉、知觉等，即有很强的检测功能和判断功能。为此必须开发类似人类感觉器官的传感器，绪论1发展多传感器的信息融合技术。通过各种传感器得到关于工作对象和外部环境的信息，以及信息库中存储的数据、经验、规划的资料，以完成模式识别，用“专家系统”智能系统进行问题求解，动作规划。研究机器人协作控制：先进制造技术的发展对协作机器人学的研究与发展起着积极的促进作用。随着先进制造技术的发展，工业机器人已从当初的柔性上、下料装置正在成为高度柔性、高效率和可重组的装配、制造和加工系统中的生产设备。在这样的生产线上，机器人是作为一个群体工作的，不论每个机器人在生产线上起什么作用，它总是作为系统中的一员而存在。因此，要从组成敏捷制造生产系统的观点出发，来研究工业机器人的进一步发展。而面向先进制造环境的机器人的集成，还有机器人与生产线、周边设备、生产管理系统以及人的集成。因此，以系统的观点来发展的机器人控制系统，有大量的理论与实践的工作要做。机器人的设计要求2第二章 机器人的设计要求2.1 工业机械手介绍机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成，其组成及相互关系如下图：2-1 系统组成图2.1.1 机械手的特点（1） 对环境的适应性强 能代替人从事危险，有害的工作。在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，灭等危险环境中胜任工作。（2） 机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。（3） 由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。（4） 机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。控制部分驱动部分执行机构行程检测装置被传动物件 手部机器人的设计要求3图 2.2 圆柱坐标式机器人 直角坐标式机器人按机器人研究进程分类：第一代机器人具有示教再现功能，或具有可编程的 NC 装置，但对于外部信息不具反馈能力。第二代机器人不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获取外部环境信息。第三代机器人具有多种智能传感器，能感知和领悟外部环境信息，包括具有理解诸如人下达的语言指令这样的能力，能进行学习，具有决策上的自治能力。2.2 技术参数抓重夹持:10Kg，气流负压吸附；5Kg；自由度:4 个；坐标型式:圆柱；最大工作半径：1500mm；手臂最大中心高度：1380mm；手臂运动参数：伸缩行程：600mm 伸缩速度：500mm/s升降行程：200mm 升降速度：300mm/s回转范围：0 02400回转速度 900/s定位精度：0.5mm；手腕运动系数：回转速度 1800/s 回转范围 001800控制方式：点位程序控制 PLC；驱动方式：分析后选择气动手指夹持范围： 棒料 80150mm 片料 S0.5m 2驱动系统4第三章 工业机器人驱动系统的分类一般情况下机器人驱动系统的选择大致按照如下原则进行选择：(1)物料搬运用有限点位控制的程序控制机器人，重负载用液压驱动，中等载荷可选用电动驱动系统，轻载荷可选用气动驱动系统。冲压机器人多用气动驱动系统。(2)用于点焊和弧焊及喷涂作业的机械手，要求具有任意点位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统，需采用液压驱动或电动驱动系统方能满足要求。按照动力源分为液压、气压和电动三大类，根据需要，也可以将这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。液压驱动:液压技术比较成熟，具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯量大以及在防爆环境中工作的机械手。气压驱动:具有速度快、系统结构简单、维修方便价格低等特点，适用于中小负载的系统中。难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械手中，在上下料和冲压机械手中应用较多。电动驱动:随着低惯量、直流伺服电机及配套的伺服驱动器的广泛采用，这种驱动系统被大量选用。目前广泛采用的驱动系统的比较如下表：特性 输出功率和使用范围控制性能和安全性结构性能 安装和维护要求效率和制造成本气压驱动 气压较低，输出功率小，当输出功率增大时，结构尺寸将过大只适用于小型，快速驱动压缩性大，对速度、位置精确控制困难。阻尼效果差。低速不易控制，排气有噪音结构体积较大，结构易于标准化。易实现直接驱动，密封问题不突出安装要求不高，能在恶劣环境种工作，维护方便效率低，（为0.150.2）气源方便，结构简单，成本低驱动系统5液压驱动 油压高，可获得较大的输出功率，适用于重型，低速驱动器液体不可压缩，压力、流量易控制，反应灵敏，可无级调速、能实现速度、位置的精确控制，传动平稳，泄漏对环境污染结构较气动要小，易于标准化，易实现直接驱动，密封问题显得重要安装要求高（防泄漏），要配置液压元设备，安装面积大，维护要求较高效率中等为0.30.6，管路结构较复杂，成本高交直流普通电动机适用于抓其重量较大而速度低的中、重型机器人的驱