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基于 plc 自动化 车间 物料 搬运 机械手 及其 控制系统 设计 全套 cad 图纸

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第一章 引 言- 1 -第一章 引 言1.1 课题的背景和意义近 20 年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。能 模 仿 人 手 和 臂 的 某 些动 作 功 能 ， 用 以 按 固 定 程 序 抓 取 、 搬 运 物 件 或 操 作 工 具 的 自 动 操 作 装 置 。 它可 代 替 人 的 繁 重 劳 动 以 实 现 生 产 的 机 械 化 和 自 动 化 ， 能 在 有 害 环 境 下 操 作 以保 护 人 身 安 全 ， 因 而 广 泛 应 用 于 机 械 制 造 、 冶 金 、 电 子 、 轻 工 和 原 子 能 等 部门 。通用机械手因具有独立的控制系统、程序可变、可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。近年来随着气动技术的迅速发展，气动元件及气动自动化技术已越来越多地应用于机械手中，构成气动机械手。气动机械手的全部动作由电磁阀控制的气缸驱动。其中,上升、下降和左移、右移分别由双线圈两位电磁阀控制,机械手的放松、夹紧也由双线圈两位电磁阀(夹紧电磁阀)控制。机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成,主要完成移动、转动、抓取等动作。本课题来源于实验课题，模拟生产线由六站组成，各站可独立，可容易的连接在一起组成一条自动加工生产线，。该课题要求设计搬运站，搬运机械手将工件从上料检测站搬至加工站。搬运过程中能实现抓取、提升、回转、下降、松开等动作，且动作顺序、动作速度可调。用气动驱动，PLC 控制。包括总体设计，各执行机构设计，气动系统设计、计算，控制系统设计。技术要求有以下几点：a.装卸、调整方便；b.结构简单，工作安全可靠；c.设计合理，尽量使用标准件，以降低制造成本；d.用 PLC 对机械手进行控制。总体设计思路：a.确定总体结构的组成、框架及各部分的功能与工作目标。b.根据设计任务书的要求，初步计算各工艺参数和结构参数。第一章 引 言- 2 -c.设计机体分级部分的结构及主要零件结构。d.主要分级结构部分的主要零件强度和刚度，检查其加工工艺性和装配工艺性。e.保证与其它部分的接口合理。f.根据设计结果，修正设计参数。1.2 课题国内外发展现状国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:a.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。b.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。c.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。d.机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。e.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。f.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。g.机 器 人 化 机 械 开 始 兴 起 。 从 94 年 美 国 开 发 出 “虚 拟 轴 机 床 ”以 来 ，这 种 新 型 装 置 已 成 为 国 际 研 究 的 热 点 之 一 ， 纷 纷 探 索 开 拓 其 实 际 应 用 的 领 域 。我 国 的 工 业 机 器 人 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 己 基 本 掌 握 了 机 器 人 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 、 弧 焊 、 点 焊 、 装 配 、 搬 运 等 机 器 人 ;其第一章 引 言- 3 -中 有 130 多 台 套 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 ， 弧 焊 机 器 人 己 应 用 在 汽 车 制 造 厂 的 焊 装 线 上 。 但 总 的 来 看 ，我 国 的 工 业 机 器 人 技 术 及 其 工 程 应 用 的 水 平 和 国 外 比 还 有 一 定 的 距 离 ， 如 :可靠 性 低 于 国 外 产 品 :机 器 人 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 ;在 应 用 规 模 上 ， 我 国 己 安 装 的 国 产 工 业 机 器 人 约 200台 ， 约 占 全 球 已 安 装 台 数 的 万 分 之 四 。 以 上 原 因 主 要 是 没 有 形 成 机 器 人 产 业 ，当 前 我 国 的 机 器 人 生 产 都 是 应 用 户 的 要 求 ， “一 客 户 ， 一 次 重 新 设 计 ”，品 种 规 格 多 、 批 量 小 、 零 部 件 通 用 化 程 度 低 、 供 货 周 期 长 、 成 本 也 不 低 ， 而且 质 量 、 可 靠 性 不 稳 定 。 因 此 迫 切 需 要 解 决 产 业 化 前 期 的 关 键 技 术 ， 对 产 品进 行 全 面 规 划 ， 搞 好 系 列 化 、 通 用 化 、 模 块 化 设 计 ， 积 极 推 进 产 业 化 进 程 .我国 的 智 能 机 器 人 和 特 种 机 器 人 在 “863”计 划 的 支 持 下 ， 也 取 得 了 不 少 成 果 。其 中 最 为 突 出 的 是 水 下 机 器 人 ， 6000m 水 下 无 缆 机 器 人 的 成 果 居 世 界 领 先 水平 ， 还 开 发 出 直 接 遥 控 机 器 人 、 双 臂 协 调 控 制 机 器 人 、 爬 壁 机 器 人 、 管 道 机器 人 等 机 种 :在 机 器 人 视 觉 、 力 觉 、 触 觉 、 声 觉 等 基 础 技 术 的 开 发 应 用 上 开展 了 不 少 工 作 ， 有 了 一 定 的 发 展 基 础 。 但 是 在 多 传 感 器 信 息 融 合 控 制 技 术 、遥 控 加 局 部 自 主 系 统 遥 控 机 器 人 、 智 能 装 配 机 器 人 、 机 器 人 化 机 械 等 的 开