摘 要
在机械制造业中,机械手已被广泛应用,大大地改善了工人的劳动条件,显著地提高劳动生产率,加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。
本文通过对机械手的组成和分类,及国内外的发展状况的了解,对本课题任务进行了总体方案设计。确定了机械手用三自由度和圆柱坐标型式。设计了机械手的夹持式手部结构;以及设计了机械手的总体结构,以实现机械手伸缩,升降,回转三个自由度及手爪的开合。驱动方式由气缸来实现手臂伸缩和升降,异步电机来实现机械手的旋转。
运用了FX 系列可编程序控制器(PLC)对上下料机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。
关键词:机械手,气缸,可编程序控制器
Abstract
In mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively so that the labor condition of worker has been greatly improved , labor productivity raised notably, the step of industrial production mechanization and automation realized rapidly.
This article through to manipulator's composition and the classification, and the domestic and foreign development condition's understanding, has carried on the overall concept design to this topic duty. Had determined the manipulator uses three degrees-of-freedom and the circular cylindrical coordinate pattern. Has designed manipulator's clamp type hand structure; As well as has designed manipulator's gross structure, realizes the manipulator to expand and contract, the fluctuation, rotates three degrees-of-freedom and hand fingernail's opening and closing. The drive type realizes the arm expansion and the fluctuation by the air cylinder, the asynchronous machine realizes manipulator's revolving.
The paper illustrates that the control of the upper and lower material by means of the PLC and also includes the hardware design of the electric control system, the control software structure and the design of the manual and automatic control program.
Key words: manipulator, air cylinder, Programmable controller(PLC)
目 录
1 绪言 1
1.1 机械手的概述 1
1.2 我国机械手的发展 1
1.3 气动机械手的应用现状及发展前景 3
1.4 本课题设计要求 5
2 机械手的总体设计方案 7
2.1 机械手的系统工作原理及组成 7
2.2 机械手基本形式的选择 8
2.3 驱动机构的选择 9
2.4 机械手的技术参数列表 9
3 机械手的机械系统设计 11
3.1 机械手的运动概述 11
3.2 机器人的运动过程分析 12
4 机械手手部结构设计及计算 13
4.1 手部结构 13
4.2 手部结构设计及计算 14
4.3 夹紧气缸的设计 16
5 机械手手臂机构的设计 22
5.1 手臂的设计要求 22
5.2 伸缩气压缸的设计 22
5.3 导向装置 27
6 机械手腰部和基座结构设计及计算 29
6.1 结构设计 29
6.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计 29
6.3 导向装置 33
6.4 平衡装置 33
6.5 基座结构设计 34
7 气动系统设计 37
7.1 气压传动系统工作原理图 37
8 机械手的PLC控制系统设计 39
8.1 可编程序控制器的选择及工作过程 39
8.2 可编程序控制器的使用步骤 40
8.3 机械手可编程序控制器控制方案 40
9 结论 52
参考文献 53
致谢 54
1 绪言
在工业生产线中,机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动,并且操作精度高,提高了产品质量和生产效率。
1.1 机械手的概述
机械手(又称机器人,机械人,英文名称:Robot),在人类科技发展史上其来有自。早在三国时代,诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工业革命,机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。由于科学幻想所系的“永动机”、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念,推动科学家想研究创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的自动化机器、无人操纵的飞行器等等,即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。虽然,后来电脑、电子产业的发达引开了人们关注的热点,但关于机械手的研究与开发一直在持续进行着。而近二十年中,因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展,“机械手”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来,成为一种综合科研能力的开发活动,参与者也打破了各行各业的划地为牢、各自为政的困局,开始了纵横连合,争奇斗妍,蔚成热潮的研究与制作尝试。
机械手的研究从一开始就是拟人化的,所以才有机械臂的开发与制作,也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来,机械手的开发不仅越来越优化,而且涵盖了许多领域,应用的范畴十分广阔。大而言之,用之于太空开发,月球车,深海探测器,海洋石油开采,航天飞机机械臂等,小至微型手术机械,生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异,从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车,有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样,是机械手的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发,都将因机械手的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引擎的出现而闻名,在最近公布的科技展望五十年的预测中,其中就有数条是关于机械手的[1]。















