基于PLC控制的机械手设计

毕业设计论文题美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡目美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡基于PLC控制的机械手设计美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡姓美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡名美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡指导教师美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡专美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡业美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡层美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡次美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡毕业论文（设计）任务书目录前言1题美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡目基于PLC控制的机械手设计学生姓名专业机械设计与制造层次指导教师概述随着世界经济和技术的发展，美丽的公鸡人类活动的不断扩大，美丽的公鸡机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，美丽的公鸡也从制造领域转向非制造领域，美丽的公鸡各种各样的机器人产品随之出现。美丽的公鸡像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。美丽的公鸡随着机器人的产生和大量应用，美丽的公鸡很多领域，美丽的公鸡许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。美丽的公鸡美丽的公鸡要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）1殷际英，美丽的公鸡何广平关节型机器人北京化学工业出版社，美丽的公鸡20032朱世强，美丽的公鸡王宣银机器人技术及其应用杭州浙江大学出版社，美丽的公鸡200173求是科技PLC应用开发技术与工程实践北京人民邮电出版社，美丽的公鸡200514成大先机械设计图册第5卷北京化学工业出版社，美丽的公鸡20005蒋新松机器人与工业自动化石家庄河北教育出版社，美丽的公鸡200341机械手总体方案设计211设计要求212运动形式的选择2121直角坐标型机器人2122圆柱坐标型机器人3123极坐标型机器人3124多关节机器人313驱动方式的选择4131液压驱动4132气压驱动4133电动机驱动52机械手控制系统分析621结构分析622计算分析6221垂直上升的情况7222水平旋转的情况7223水平直进情况83PLC控制系统设计1131机械手移动工件控制系统的控制要求1132机械手PLC控制系统硬件和软件设计12321美丽的公鸡PLC选型12322系统资源分配12323硬件电路接线图13324梯形图13结论15致美丽的公鸡美丽的公鸡谢16参考文献17摘美丽的公鸡要在现代工业中，美丽的公鸡生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。美丽的公鸡化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。美丽的公鸡但在机械工业中，美丽的公鸡加工、装配等生产是不连续的。美丽的公鸡专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。美丽的公鸡但除切削加工本身外，美丽的公鸡还有大量的装卸、搬运、装配等作业，美丽的公鸡有待于进一步实现机械化。美丽的公鸡机器人的出现并得到应用，美丽的公鸡为这些作业的机械化奠定了良好的基础。美丽的公鸡机械手设计包括机械结构设计，美丽的公鸡检测传感系统设计和控制系统设计等，美丽的公鸡是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。美丽的公鸡本课题通过对设计要求的分析，美丽的公鸡设计出机械手的总体方案，美丽的公鸡重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，美丽的公鸡完成了整个系统工作的动画设计。美丽的公鸡实现了机械手的基本搬运功能，美丽的公鸡达到了预期要求，美丽的公鸡具有一定的应用前景。美丽的公鸡关键词机械手美丽的公鸡美丽的公鸡PLC美丽的公鸡美丽的公鸡动画1前言随着世界经济和技术的发展，美丽的公鸡人类活动的不断扩大，美丽的公鸡机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，美丽的公鸡也从制造领域转向非制造领域，美丽的公鸡各种各样的机器人产品随之出现。美丽的公鸡像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。美丽的公鸡随着机器人的产生和大量应用，美丽的公鸡很多领域，美丽的公鸡许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。美丽的公鸡工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，美丽的公鸡多功能的、多自由度的、多用途的操作机,美丽的公鸡广泛采用工业机器人，美丽的公鸡不仅可提高产品的质量与产量，美丽的公鸡而且对保障人身安全，美丽的公鸡改善劳动环境，美丽的公鸡减轻劳动强度，美丽的公鸡提高劳动生产率，美丽的公鸡节约原材料消耗以及降低生产成本，美丽的公鸡有着十分重要的意义。美丽的公鸡和计算机、网络技术一样，美丽的公鸡工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。美丽的公鸡机械手是一种模仿人手动作，美丽的公鸡并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，美丽的公鸡机械手可在空间抓放物体，美丽的公鸡动作灵活多样，美丽的公鸡适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，美丽的公鸡广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。美丽的公鸡机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，美丽的公鸡主要完成移动、转动、抓取等动作。美丽的公鸡控制系统是机械手的指挥系统，美丽的公鸡它通过控制驱动系统，美丽的公鸡让执行器按照规定的要求进行工作，美丽的公鸡并检测其正确与否。美丽的公鸡可编程控制器（PLC）是一种数定运算操作的电子系统，美丽的公鸡它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，美丽的公鸡用指令形式存放在存储器中，美丽的公鸡并通过数字式、模拟式的输入和输出，美丽的公鸡控制各种机械或生产过程。美丽的公鸡与继电器控制线路相比，美丽的公鸡PLC具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；设计、安装容易，美丽的公鸡维护工作量少；功能完善、通用性强；体积小、能耗低等特点。美丽的公鸡因此，美丽的公鸡机械手控制系统越平越多的由可编程控制器来实现。美丽的公鸡21机械手总体方案设计11设计要求1机械手能够完成从一个工作点取物体旋转一定角度，美丽的公鸡放到另一个工作点上。美丽的公鸡2要求完成手抓结构的设计，美丽的公鸡进行夹紧力的计算分析。美丽的公鸡初值给定如下工件质量M01KG摩擦系数015重力加速度G98M/S2垂直加速度A03G294M/S2水平加速度A03G294M/S2回转半径R05M角速度35RAD/S角加速度21RAD/S2安全系数S145夹角453要求选用PLC作为控制系统。美丽的公鸡12运动形式的选择根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础。美丽的公鸡常见机器人的运动形式有四种，美丽的公鸡下面分别论述其特点，美丽的公鸡然后确定运动形式。美丽的公鸡121直角坐标型机器人直角坐标型机器人它在X,Y,Z轴上的运动是独立的，美丽的公鸡3个关节都是移动关节，美丽的公鸡关节轴线相互垂直，美丽的公鸡它主要用于生产设备的上下料，美丽的公鸡也可用于高精度的装卸和检测和作业。美丽的公鸡这种形式的主要特点是1在三个直线方向上移动，美丽的公鸡运动容易想象。美丽的公鸡2计算比较方便。美丽的公鸡3由于可以两端支撑，美丽的公鸡对于给定的结构长度，美丽的公鸡其刚性最大。美丽的公鸡4要求保留较大的移动空间，美丽的公鸡占用空间较大。美丽的公鸡5要求有较大的平面安装区域。美丽的公鸡6滑动部件表面的密封较困难，美丽的公鸡容易被污染。美丽的公鸡3122圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人R、和X为坐标系的三个坐标，美丽的公鸡其中R是手臂的径向长度，美丽的公鸡是手臂的角位置，美丽的公鸡X是垂直方向上手臂的位置。美丽的公鸡这种形式的主要特点是1容易想象和计算。美丽的公鸡2能够伸入形腔式机器内部。美丽的公鸡3空间定位比较直观。美丽的公鸡4直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。美丽的公鸡5手臂端部可以达到的空间受限制，美丽的公鸡不能到达靠近立柱或地面的空间。美丽的公鸡123极坐标型机器人极坐标型机器人又称为球坐标机器人，美丽的公鸡美丽的公鸡R，美丽的公鸡和为坐标系的坐标。美丽的公鸡其中是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，美丽的公鸡是手臂在铅垂面内的的摆动角。美丽的公鸡这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。美丽的公鸡其特点是1在中心支架附近的工作范围较大。美丽的公鸡2两个转动驱动装置容易密封。美丽的公鸡3覆盖工作空间较大。美丽的公鸡4坐标系较复杂，美丽的公鸡较难想象和控制。美丽的公鸡5直线驱动装置仍存在密封问题。美丽的公鸡6存在工作死区。美丽的公鸡124多关节机器人多关节机器人它是以其各相邻运动部件之间的相对角位移作为坐标系的。美丽的公鸡、和为坐标系的坐标，美丽的公鸡其中是绕底座铅垂轴的转角，美丽的公鸡是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，美丽的公鸡是第二臂相对于第一臂的转角。美丽的公鸡这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置，美丽的公鸡所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例。美丽的公鸡其特点是1动作较灵活，美丽的公鸡工作空间大。美丽的公鸡2关节驱动处容易密封防尘。美丽的公鸡3工作条件要求低，美丽的公鸡可在水下等环境中工作。美丽的公鸡4美丽的公鸡适合于电动机驱动。美丽的公鸡5运动难以想象和控制，美丽的公鸡计算量较大。美丽的公鸡6不适于液压驱动。美丽的公鸡美丽的公鸡选择方案的准则1满足设设计要求机械手能够旋转一定角度。美丽的公鸡42结构简单，美丽的公鸡便于计算分析。美丽的公鸡分析比较以上四种运动形式，美丽的公鸡确定选用圆柱坐标型机器人。美丽的公鸡13驱动方式的选择机器人关节的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。美丽的公鸡下面将三种驱动方式进行分析比较。美丽的公鸡131液压驱动机器人的驱动系统采用液压驱动，美丽的公鸡有以下几个优点1液压容易达到较高的压力（常用液压为2563MPA），美丽的公鸡体积较小，美丽的公鸡可以获得较大的推力或转矩；2液压系统介质的可压缩性小，美丽的公鸡工作平稳可靠，美丽的公鸡并可得到较高的位置精度；3液压传动中，美丽的公鸡力、速度和方向比较容易实现自动控制；4液压系统采用油液作介质，美丽的公鸡具有防锈性和自润滑性能，美丽的公鸡可以提高机械效率，美丽的公鸡使用寿命长。美丽的公鸡液压传动系统的不足之处是1油液的粘度随温度变化而变化，美丽的公鸡影响工作性能，美丽的公鸡高温容易引起燃爆炸等危险；2液体的泄漏难于克服，美丽的公鸡要求液压元件有较高的精度和质量，美丽的公鸡故造价较高；3需要相应的供油系统，美丽的公鸡尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，美丽的公鸡否则会引起故障。美丽的公鸡液压驱动方式的输出力和功率更大，美丽的公鸡能构成伺服机构，美丽的公鸡常用于大型机器人关节的驱动。美丽的公鸡132气压驱动与液压驱动相比，美丽的公鸡气压驱动的特点是1压缩空气粘度小，美丽的公鸡容易达到高速；2利用工厂集中的空气压缩站供气，美丽的公鸡不必添加动力设备；3空气介质对环境无污染，美丽的公鸡使用安全，美丽的公鸡可直接应用于高温作业；4气动元件工作压力低，美丽的公鸡故制造要求也比液压元件低。美丽的公鸡它的不足之处是1压缩空气常用压力为0406MPA，美丽的公鸡若要获得较大的力，美丽的公鸡其结构就要相对增大；2空气压缩性大，美丽的公鸡工作平稳性差，美丽的公鸡速度控制困难，美丽的公鸡要达到准确的位置控制很困难；53压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，美丽的公鸡处理不当会使钢类零件生锈，美丽的公鸡导致机器人失灵。美丽的公鸡此外，美丽的公鸡排气还会造成噪声污染。美丽的公鸡气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的机器人。美丽的公鸡133电动机驱动电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，美丽的公鸡交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。美丽的公鸡普通交、直流电动机驱动需加减速装置，美丽的公鸡输出力矩大，美丽的公鸡但控制性能差，美丽的公鸡惯性大，美丽的公鸡适用于中型或重型机器人。美丽的公鸡伺服电动机和步进输出力矩相对小，美丽的公鸡控制性能好，美丽的公鸡可实现速度和位置的精确控制，美丽的公鸡适用于中小型机器人。美丽的公鸡交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，美丽的公鸡而步进电动机则主要用于开环控制系统，美丽的公鸡一般用于速度和位置精度要求不高的场合。美丽的公鸡本课题设计的机械手的特点1点位控制进行搬运工作，美丽的公鸡采用顺序控制方式。美丽的公鸡2负载小，美丽的公鸡精度要求不高。美丽的公鸡3要求成本低。美丽的公鸡根据以上特点，美丽的公鸡确定选用气压驱动。美丽的公鸡62机械手控制系统分析21结构分析机械手的手部是最重要的执行机构，美丽的公鸡是用来握持工件的部件。美丽的公鸡常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类，美丽的公鸡本课题采用夹持类手部。美丽的公鸡夹持类手部又可分夹钳式、托勾式和弹簧式。美丽的公鸡本课题选用夹钳式，美丽的公鸡它是工业机器人最常见的一种手部。美丽的公鸡手部传动机构可分回转型、平动型和平移型。美丽的公鸡回转型的特点是当手爪夹紧和松开物体时，美丽的公鸡手指作回转运动。美丽的公鸡当被抓物体的直径大小变化时，美丽的公鸡需要调整手爪的位置才能保持物体的中心位置不变。美丽的公鸡平动型的特点是手指由平行四杆机构传动，美丽的公鸡当手爪夹紧和松开物体时，美丽的公鸡手指姿态不变，美丽的公鸡作平动。美丽的公鸡和回转型手爪一样，美丽的公鸡夹持中心随被夹持物体直径的大小而变。美丽的公鸡平移型的特点是当手爪夹紧和松开工件时，美丽的公鸡手指作平移运动，美丽的公鸡并保持夹持中心固定不变，美丽的公鸡不受工件直径变化的影响。美丽的公鸡为便于夹持避免固定中心的麻烦，美丽的公鸡采用平移型，美丽的公鸡图21所示的是靠导槽保持手指作平移运动。美丽的公鸡手部结构也采用气压驱动。美丽的公鸡图21美丽的公鸡美丽的公鸡手部装配图22计算分析因工件运动速度引起视在重量增加情况下的夹紧力计算机器人手臂停止状态开始的直线运动和旋转运动的组合，美丽的公鸡所以伴随有速度和加速度工件有了加速度，美丽的公鸡其视在重量就变化。美丽的公鸡设机械手手部纵向中心线上所加的驱动力为P，美丽的公鸡P气缸有效截面积使用的气压作用在一个指尖上的夹紧力为Q（方向沿手指的运动方向）设两个手指以摩擦力2Q，美丽的公鸡工件重量为GMG夹起工件要计算的是单个手7指所必须的力Q。美丽的公鸡221垂直上升的情况如图22所示，美丽的公鸡工件以加速度A垂直上升，美丽的公鸡要使工件不掉下，美丽的公鸡下式必须成立20QMGA图22美丽的公鸡美丽的公鸡工件垂直上升时受力分析图222水平旋转的情况机械手部绕垂直轴以半径R作水平旋转，美丽的公鸡工件夹紧面与旋转圆弧切线方向平行，美丽的公鸡如图23所示。美丽的公鸡切线方向20QTMR主法线方向副法线方向联立上式，美丽的公鸡求解得8代入数据，美丽的公鸡得图23美丽的公鸡美丽的公鸡工件水平旋转时受力分析图223水平直进情况运动方向与工件夹紧面成角，美丽的公鸡如图24所示。美丽的公鸡下角H，美丽的公鸡V代表水平垂直方向，美丽的公鸡F，美丽的公鸡R表示前和后。美丽的公鸡手指摩擦力必须与MACOS和MG的合力平衡。美丽的公鸡前指后指由于是机械手部机构，美丽的公鸡QFQR,所以结果Q必须满足下式代入数据，美丽的公鸡得9图24美丽的公鸡美丽的公鸡工件水平直进时受力分析图美丽的公鸡美丽的公鸡美丽的公鸡综上所述，美丽的公鸡得73QN最大值由于考虑到设计的机械手的安全问题，美丽的公鸡应再乘上一个安全系数S。美丽的公鸡Q夹紧力Q与压强的关系由实验测145069QS安全值最大值得，美丽的公鸡如图25所示。美丽的公鸡由设计要求得知夹持长度L25MM,根据图25可知所加的压强约为05MPA夹持长度（夹紧力10夹持长度（夹紧力图25美丽的公鸡美丽的公鸡夹紧力、夹持长度、压强关系图113PLC控制系统设计31机械手移动工件控制系统的控制要求1机械手移动工作的工作流程。美丽的公鸡如图32。美丽的公鸡开始复位移到工件处夹紧工件放下工件移动初始位置处移到目标处结束图32美丽的公鸡机械手移动工件单个工作流程2机械手移动工件的工作原理由于本机械手采用气动传动，美丽的公鸡为方便检测，美丽的公鸡选用磁性开关作为传感器。美丽的公鸡安装在气缸外部即可。美丽的公鸡机械手移动工件通过磁性限位开关与电磁阀来控制。美丽的公鸡1机械手左转、右转、左移、右移、上移、下移分别通过左转电磁阀、右转电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、上移电磁阀、下移电磁阀来实现，美丽的公鸡移动或转动的最大位置由左转限位开关SL0、右转限位开关SL1、左移限位开关SL2、右移限位开关SL3、上移限位开关SL4、下移限位开关SL5来控制。美丽的公鸡2放松、夹紧工件通过放松电磁阀、夹紧电磁阀来实现。美丽的公鸡夹紧工件通定时器控制，美丽的公鸡根据实际情况，美丽的公鸡夹紧时间设为3秒。美丽的公鸡放松工件通过放松限位开关来控制。美丽的公鸡3按下启动按按钮，美丽的公鸡系统先检查机械手是否在初始位置，美丽的公鸡若不是机械手先进行复位，美丽的公鸡然后再进入机械手正式工作状态。美丽的公鸡按下停止按扭，美丽的公鸡等机械手运行到初始位置后，美丽的公鸡再停车。美丽的公鸡按下急停按钮，美丽的公鸡断开PLC外部负载电源和气动装置电源，美丽的公鸡系统立即停止。美丽的公鸡1232机械手PLC控制系统硬件和软件设计321美丽的公鸡PLC选型由于机械手控制系统的输入/输出接点少，美丽的公鸡要求性价比高，美丽的公鸡编程简单，美丽的公鸡维护方便，美丽的公鸡机身小巧，美丽的公鸡故选用三菱公司的FX1N24MR001型号。美丽的公鸡市场为3330元。美丽的公鸡该机有14个输入点，美丽的公鸡10个输出点，美丽的公鸡辅助继电器1536点，美丽的公鸡定时器256点，美丽的公鸡计数器235点，美丽的公鸡数据寄存器8000点。美丽的公鸡322系统资源分配1I/O触点分配根据系统控制要求，美丽的公鸡I/O分配如表31所示。美丽的公鸡表31美丽的公鸡I/O触点分配表输入设备输入地址输出设备输出地址左转限位开关SL0X000左转电磁阀Y000右转限位开关SL1X001右转电磁阀Y001左转限位开关SL2X002左移电磁阀Y002右移限位开关SL3X003右移电磁阀Y003上移限位开关SL4X004上移电磁阀Y004下移限位开关SL5X005下移电磁阀Y005放松限位开关SL6X006放松电磁阀Y006启动按钮X007夹紧电磁阀Y007停止按扭X0102定时器部分这个控制系统夹紧工件需要定时器来控制夹紧程度。美丽的公鸡时间设为3秒。美丽的公鸡定时器分配如表32所示。美丽的公鸡表32定时器分配定时器功能T0夹紧工件时定时3S13323硬件电路接线图美丽的公鸡硬件电路接线图如图33所示。美丽的公鸡COM0COM1X000Y000X001Y001X002Y002X003Y003X004COM2X005Y004X006Y0