自动上料机械手设计和实现 电气工程专业

自动上料机械手设计摘要随着社会的不断进步，科技水平的不断发展，人们对时间的需求越来越大，所以在大规模的制造业中，通过人力来进行产品的生产，已经不足以支撑企业运转了，所以为了提高工作效率，同时也为了保证产品的质量，必须尽快实现机械自动化，这样一来，生产过程能不能自动化，已经成为了当前需要关注的首要问题。随着人力劳动的减少，工业机器人代替其站在了自动化生产线上，并且已经受到了多个企业的认可与采用。我们可以看出，在进行工业机器人的制造时，技术水平以及机器人成功后的应用频率，和国家工业自动化水平的高低，呈正相关趋势。在一些高温、高压等人类无法工作的特殊环境下，工业机器人就发挥了自己的作用，在保证产品质量的情况下，替人类克服那些在特殊环境下，无法完成的困难，同时解放人类的双手，进一步提高劳动生产率。现阶段，工业机器人主要负责的工作是，像喷绘、焊接、搬运这样要么重复性强，要么工作难度高的工作，并且在进行工作以前，还需要操作人员进行示教。此次本文设计的机器人类型，是一个三自由度工业机器人，它的功能主要是可以运输物料，它的总设计，主要有以下四部分构成：一、总体设计；二、工业机械手怎样组成，及有哪些应用；三、对机械手的液压系统进行设计；四、对机械手的控制系统进行设计。其中我们在驱动系统中机械手的驱动，为了保证定位的精准，同时保证操作简单，整体流程不复杂，便于控制，选用了液压缸来进行操作。笔者对控制系统和液压系统也进行了分析计算，为了对机械手装置的控制系统，进行深化设计，我们这次采用了PLC为核心。使控制系统通过PLC进行控制，这与现如今工业控制系统设计的大方向不谋而合。并且，硬件电路与机械手控制程序的设计，必须以工艺流程以及总体设计要求，已经分析完成的基点上进行。关键词：工业机器人；控制系统；计算机辅助；专用设备

AbstractWiththecontinuousprogressofthesocietyandthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologylevel,peopledemandmoreandmoretime,soinlarge-scalemanufacturing,theproductionofproductsbymanpowerhasbeeninsufficienttosupporttheoperationoftheenterprise,inordertoimproveworkefficiency,andensurethequalityoftheproduct,theenterprisemustrealizemechanicalautomationassoonaspossible,andithasbecometheprimaryproblemthatneedstobefocusedatthemoment.Withthedecreaseofhumanlabor,industrialrobotshavereplacedthemontheautomaticproductionlines,andhavebeenrecognizedandadoptedbymanyenterprises.Wecanseethatthenationalindustrialautomationlevelhasadirectimpactonmanufacturingtechnologylevelandapplieddegreeoftheindustrialrobot,Insomespecialenvironments,suchashightemperatureandhighpressure,whichpeoplecannotwork,industrialrobotshaveplayedarole,inthecaseofensuringthequalityofproducts,itcanhelphumanbeingsovercomethedifficultiesthatcannotbeaccomplishedunderspecialcircumstances,andatthesametimefreetheirhandstofurtherimprovelaborproductivity.Atthepresentstage,industrialrobotsaremainlyresponsiblefortaskssuchaspainting,weldingandhandling,whichareeitherhighlyrepetitiveordifficulttowork,andworkinthewayofdemonstrationandteachingreproduction.Inthispaper,athree-degree-of-freedomindustrialrobotisdesigned.Itsmainfunctionistotransportmaterials.Itsoveralldesignismadeupofthefollowingfourparts:thefirstistheoveralldesign;thesecondisthecompositionandapplicationofindustrialmanipulator;thethirdistodesignthemanipulatorhydraulicsystem;andthelastoneistodesignthecontrolsystem.Wedriveofthemanipulatorinthedrivesystem,inordertoguaranteetheprecisionofpositioning,atthesametimetoensuretheoperationissimple,theoverallprocessisnotcomplicated,andeasytocontrol,soselectingforthehydrauliccylindertooperate.Theauthoralsoanalyzedandcalculatedthecontrolsystemandthehydraulicsystem,inordertofurtherdesignthecontrolsystemofthemanipulator,PLCisthecore.ThecontrolsystemiscontrolledbyPLC,whichcoincideswiththegeneraldirectionofdesigningindustrialcontrolsystem.Moreover,thedesignofhardwarecircuitandmanipulatorcontrolprogramiscarriedoutonthebasisofprocessflowanddesignrequirementsofthemanipulator.Keywords:industrialmachinery;hydraulicsystem;computer-assisted;dedicateddevice目录摘要 分别为两个泵的流量。3.2.2工作压力的计算工作压力主要作用于伸缩夹紧缸，所以想要知道溢流阀的调定压力，就必须先对工作压力进行计算，然后在此基础上进行基数的增加。由（3-4）我们可计算出工作压力：QUOTE（3-4）QUOTEQUOTEQUOTE液压缸的额定压力——QUOTE预设溢流阀的调定压力——QUOTE。

4控制系统的设计4.1概述控制系统可以说是机械手的半个生命，占据着重要地位，它可以调控机械手的运动工作和协调动作。其中，动作轨迹，时间间隔，动作的循环顺序等，共同构成了控制系统的控制内容。机械手的控制方法各式各样，我们大致可以列出有以下四种：（1）继电器－接触器控制系统按钮开关、行程开关、继电器和接触器这四部分，共同组成了继电器－接触器控制系统。继电器－接触器控制系统的工作原理和结构都很简单，容易操作，且方便后期的维修处理，并且成本低。但是它的缺点也十分明显，例如：系统功能有限、无法进行连续的轮廓控制，工作程序变更困难。除此之外，它服务不了工作程序多、自动化要求高的设备，所以一般情况下，只有自动化程度不高的通用机床，才对其进行使用。（2）计算机控制系统通过计算机进行控制的机械手，不仅可以解决因运动轨迹复杂，不好操作的问题，更可以进行精准定位，但是使用计算机控制，成本要远远高于其他控制系统，并且我们当前的技术不足以完善计算机控制系统，会导致很多功能无法进行运行，并且计算机控制系统不能在恶劣的环境下进行工作，相对利用起来，没有那么方便。（3）单片机控制系统说到单片机，其实它的控制功能，和继电器－接触器控制功能基础上，增加了对高难度动作的控制，且性价比较高。单片机作为一种大众化控制系统，确实优于其他系统，但是它的通用性不强，操作起来也比较麻烦，不太适合于在工厂进行使用。（4）可编程控制器（PLC）控制系统虽然可编程控制器的普及率，和应用范围，赶不上单片机，但是它们在工业领域的控制作用，大致相同。可编程控制器可以代替继电器－接触器控制系统。所以在进行工作的时候，它不需要进行数据的运算。并且它的操作原理和代替继电器－接触器控制系统的操作原理相差无几，容易上手。机械手所需要控制的参数参考图五：（图五）此次设计，笔者采用液压、电气联合控制模式。其中，各部位动作的力和速度由液压控制；电气负责控制各部位动作的顺序。4.2梯形图以及程序的编制4.2.1动作的顺序与控制通过液压系统图，我们可以了解到，压力继电器只控制升起动作，其他动作都由行程开关进行控制，对于动作顺序，在第二章，笔者有进行详细的介绍。笔者以电控原理图为基点，由X400～X407输入压力继电器及行程开关，Y430～Y435输出各电磁铁，以此来完成对梯形图的编制。4.2.2梯形图的编制我们要着重分析一下系统的特殊点（进行编制之前）。首先就是启动问题，在每一次启动的时候，都必须结束上一次动作过程，否则机械手很容易因为上一次动作的结束点不是终点，而不能回到初始位置，引发机器故障，为了杜绝此类事件，笔者在进行Y430～Y435的输出控制时，采用了M300～M305的六个保持继电器。这样一来再次启动使，如果上一次动作未完成，机械手会首先完成上一次动作，在进行下一轮动作的运行。其次，我们应该注意时间继电器的问题，通常我们都从机器开始运行，进行计时，但是如果有上一次动作未完成的情况，就会出现计时不准的情况，所以为了消灭这样的误差情况，我们给计时器添加了各个动作的长闭开关后再自锁功能。受机械手动作特殊性的限制，在机械手进行运动的时候，两个动作同时进行很容易引发事故，所以在机械手作业的时候，是不允许两个动作同时进行运行的，所以为了保证每个机器的独立性，给机器增加互锁装置图8为程序的梯形图：点动、停止计时点动、停止计时伸长、夹紧升起旋转松开、收回降落回转图8梯形图我们根据对照电控原理图来进行对图8分析。动作开始结束——从没有动作开始——伸长夹紧动作一个循环的初始SQ即X403带电升起动作SQ即X403带电ST2即X404带电旋转动作ST2即X404带电ST3即X405带电松开收回动作ST3即X405带电ST4即X406带电降落动作ST4即X406带电ST5即X407带电回转动作ST5即X407带电ST1即X402带电注：计时器的信号输出间隔为20s，需要有自锁功能，从一个动作也没有开始一个循环。

4.2.3PLC程序的编制程序编制在梯形图编制之后指令语程序（表1），根据梯形图（图8）进行编写表11PLC程序续表可以通过输入程序在PLC中，进行液压系统对机械手的控制。并且可以随时更换程序，以应对在进行工作时出现的操作错误。

结论综上所述，我们可以得出：（1）采用液压系统进行传动，主要有以下几点优点：一、进行科研进行灵活反应，并且作业时动作迅速；二、结构简单易懂，稳定性强；三、有过载保护装置，便于自动控制；四、可在任何环境下工作。（2）此次设计机械手选用了，普通的两指式夹钳手指，当然为了使机械可以被更广的应用，也可以进行手指形式的更换。（3）采用PLC进行机械手的自动控制，跟其它控制