曲轴搬运机械手的研究与设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文曲轴搬运机械手的研究与设计姓名：李文明申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：邓建春20070527华中科技大学硕士学位论文I摘要目前，我国部分企业在产品生产和加工时仍然用人力进行工件的移动和定位，一定程度上出现了工作强度大、安全性差、操作灵活性差、定位精度低等问题，严重影响了产品的质量和生产效益。随着科学技术的发展和自动化生产线在企业产品生产中的广泛应用，机械手作为自动化生产线的重要组成部分也得到了长足的发展和进步。尤其是随着机械结构的优化，气动、液压技术的成熟，控制元件的发展和控制方式的不断改进和创新，机械手的动作精确性、控制灵活性和工作可靠性得到了明显的改善。机械手的出现在减轻工人劳动强度和难度、提高工作效率和质量、降低生产成本上做出了突出贡献，机械手的发展在企业的发展和创收上起到了举足轻重的作用。根据神龙汽车有限公司发动机曲轴生产线的需求实际，本文对曲轴在两个生产线之间的搬运的自动化问题进行了探究，对机械手各系统的实现方法进行了比较，确定了机、电、气一体化的设计方案，把气动、电传动和机械结构合理地融合在机械手的协调动作中，相互之间取长补短。其中，工件的抓放通过气缸来完成，工件的移动通过伺服电机实现，同时采用了SIEMENS的SIMATICS7-200系列PLC作为控制器，利用SIEMENS的TP070触摸终端实现人机交互。最终达到能够安全、稳定、准确地完成搬运的目的。首先，简单介绍了本课题的来源、意义和内容，回顾了国内外机器人（机械手）的发展概况,介绍了目前机器人的几种分类形式，列举出了在生产、生活上和高科技领域中几种常见的机器人。其次，给出了本课题的研究依据，对机械手的机械系统方案进行了设计，确定了龙门式的整体结构和机、电、气一体化的实现方法，画出了各主要部件的机械结构图。再次，简要地进行了机械手运动分析，对驱动、传动系统进行了方案设计，并进行了气缸、丝杠、导轨和伺服电机等主要部件的选取和校验。然后，从硬件和软件两方面详细介绍了PLC在机械手的运动控制中的应用。从工件的检测、机械手的定位、工件的搬运、过程调速、运动缓冲到人机交互等各方面做了系统的分析和研究。最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。本课题是一个机、电、气结合较为紧密的实用性项目，文中对PLC的应用、机械结构的设计、控制方法的选择等方面进行了必要的探讨，在机电一体化方面进行了一定的研究，在机械手的设计与研制方面积累了很多宝贵而实用的经验。关键字：机械手PLC（可编程控制器）气动运动控制伺服电机华中科技大学硕士学位论文IIAbstractPresently,partofourChinesecorporationsarestillusingthemanpowertomakethemotionandorientationofworkpiecesinproductionandmanufactureoftheproducts,inpartresultingintheproblemssuchastheheavyworkingintensity,weaksafety,poorflexibilityofmanipulation,lowprecisionoforientation,andsoon,whichaffectseriouslythequalityoftheproductsandthebenefitoftheproduction.Withthedevelopmentofthescienceandtechnologyandtheapplicationoftheautomobileproductlineintheproduction,themanipulator,whoservesastheimportantpartoftheautomobileproductline,hasalsoexperienceddramaticprogressanddevelopment.Especiallywiththeimprovementofthestructureofthemachine,thematurityofpneumaticsandhydraulics,andtheconstantimprovementofthecontrolelementsuchasthesinglechip,PLC,themotioncontroller,andsoon,andtheceaselesslyameliorativeandinnovativecontrolmode,theprecision,delicacyandreliabilityofthemanipulatorhasbeenimprovedexpressly,whichcontributedtoalleviatingtheworkerslaborintensityanddifficulty,boostingtheworkingefficiencyandquality,reducingcost,astoplayanextremelyimportantpartinthedevelopmentandincomeofthecorporations.InaccordancewiththepracticeoftheShenLongautomobilecorporation(ltd.)sdemandoftheenginescrankproductline,thetextwillresearchintotheproblemoftheautomatizationofthecranksmovebetweentwoproductlines,comparewiththemanifoldrealizationmeansofeachsystem,andconfirmdesignprojectthatthemechanics,electricsandpneumaticsareusedtogether.Thepneumatic,electricandmechanicalarecombinedagreeablyinthecoordinatingactionsofthemanipulator,theycouldcomplementthedeficiencywiththeothersadvantage.Inthisequipment,thescratchanddischargeoftheworkpiecesisrealizedbyacylinder,andthemotionsoftheworkpiecesiscompletedbytwoservoelectromotor.Meanwhile,thewriteradoptstheSIEMENSsSIMATICS7-200seriesofPLCascontroller,andmadeuseoftheSIEMENSsTP070touch-screentorealizethealternationbetweenthemachineryandmanipulator.Itissurethatthetaskiscompletedmoresafely,steadily,wellandtruly.Firstly,thewriterintroducestheresource,contentandpracticalapplicationvalueofthethesis,andreviewsthedevelopmentofrobotsinsideandabroad,andintroducesthesortofrobots,andenumeratesseveralhackneyedrobotsinmanufacture,lifeandhigh-tech.Secondly,thewriterintroducesthegistofresearch,designsthemachinesystemprojectofthemanipulator,confirmsthegantryconfigurationandtherealizationwaywiththemachinery,electricityandgas-motivatedanddrawsthemachineconfigurationpictureofmasterparts.Thirdly,thewriteranalysessimplythekinematicsofthemanipulator,designstheproject华中科技大学硕士学位论文IIIofdrivingsystemandtransmissionsystem,selectsandcheckscylinder,thread-bar,guide,servomotorandsoon.Then,thewriterintroducestheapplicationofthePLCinmoving-controlofthemanipulatorindetailintworespectsofhardwareandsoftware,analysesandresearchesworkpiecesexamination,manipulatorsorientation,portage,timing,cushionandcommunionbetweenmanandmachine.Finally,thewritersummarizesthewholethesisandpointsouttheamelioration,perspectiveanddevelopingdirectionofthemanipulator.Thesubjectisapracticalitemwherethemechanics,electricsandpneumaticsareintegratedveryclosely.ThewriterhasmadeanecessarydiscussionintheapplicationofPLC,theo