PLC控制的通用翻转机械手的设计.doc
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目录
1绪论………………………………………………………………………………5
1.1前言………………………………………………………………………………5
1.2工业机械手在生产中的应用……………………………………………………7
1.3机械手的组成……………………………………………………………………8
1.3.1执行机构…………………………………………………………………8
1.3.2驱动机构……………………………………………………………9
1.3.3控制系统分类………………………………………………………9
2总体布局设计方案…………………………………………………………………9
2.1机械手的确定………………………………………………………………9
2.2驱动机构的选择……………………………………………………10
2.3机械手的技术参数列表…………………………………………………11
3机械手手部的设计计算…………………………………………………………11
3.1手部设计时应注意的问题…………………………………………………11
3.2典型的手部结构……………………………………………………………11
3.3机械手手部结构及驱动的设计计算………………………………………12
3.3.1选择手部的类型及夹紧装置………………………………………12
3.3.2手指夹紧力及液压缸驱动力的计算液压缸的选用………………12
3.4机械手手指部的设计计算………………………………………………14
3.4.1齿轮齿条传动机构的设计计算…………………………………14
3.4.2手指指部的设计计算……………………………………………18
3.4.3手指指部齿轮安装销的设计计算………………………………18
4机械手腕部的设计计算…………………………………………………………18
4.1机械手腕部结构及运动分析……………………………………………18
4.2机械手腕部驱动装置的设计计算及选用………………………………18
5机械手臂部的设计及有关计算…………………………………………………20
5.1臂部设计时应注意的问题………………………………………………20
5.2手臂的典型结构以及结构的选择………………………………………20
5.3手臂Z方向升降运动的受力分析及其计算……………………………21
5.4手臂Z方向升降运动液压缸结构尺寸的设计计算及选用……………23
6机身的设计…………………………………………………………………24
6.1机身的概述……………………………………………………………24
6.2机身设计时应注意的问题……………………………………………24
7液压元件及动力机的设计选择………………………………………………25
7.1液压泵的选择……………………………………………………………25
7.2动力机选择……………………………………………………………25
7.3油管的设计………………………………………………………………26
7.4油箱的设计………………………………………………………………26
7.5液压元件的选择…………………………………………………………26
7.6液压油的选用…………………………………………………………28
8液压系统的验算………………………………………………………………29
8.1压力损失的验算…………………………………………………………29
8.1.1回路压力损失的验算……………………………………………29
8.1.2局部压力损失验算……………………………………………29
8.2计算液压系统的发热温升………………………………………………30
9可编程控制器PLC………………………………………………………………31
9.1PLC简介……………………………………………………………………31
9.2PLC内部原理………………………………………………………………33
9.3PLC工作元原理………………………………………………………35
9.4PLC机型的选择……………………………………………………………38
10PLC工作控制过程简述………………………………………………………39
结束语…………………………………………………………………………40
参考文献……………………………………………………………………………41
致谢…………………………………………………………………………………42
附录…………………………………………………………………………………42
PLC控制的通用翻转机械手的设计
学生：
陈斌
指导老师：
周光永
（湖南农业大学工学院，长沙410128）
摘要：
机械手是机器人的操作机，是机器人完成各种任务的执行机构。
本文主要针对生产线上的自动化设计了一个三个自由度的通用翻转机械手。
为实现机械手的动作要求，该设计采用两个活塞式液压缸和一个摆动液压缸，活塞式液压缸一个用来驱动齿条式机械手的张合来抓住物体，一个用来实现物体的移动；摆动式液压缸用来实现机械手的翻转，并采用PLC控制液压电磁阀工作实现机械手的自动动作。
关键词：
PLC控制；液压驱动；翻转；机械手
TheDesignOfTurningManipulatorBasedOnPLCControl
Student:
ChenBin
Tutor:
ZhouGuangyong
（CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）
Abstract:
Robotmanipulatoristheoperatorwhodirectstherobotincompletingvarioustasks.Thisarticlefocusesontheautomationoftheproductionlinedesignedgenericflipofathree-design-of-freedomrobot.Actionsrequirementsforachieveingthemanipulator.Thedesignusestwopistonhydrauliccylindersandarotaryactuator.Pistonhydrauliccylinderisusedtodrivearackrobotsheetstogethertograspobjects,oneforthemovementofobjiect.Theswininghydrauliccylinderusedtoachevetheroboticflip.AndhydraulicsolenoidvalveiscontrolledbyPLCautomaticactionoftherobot.
Keywords:
PLCcontrol；hydraulicdrive;flip;Manipulator
1绪论
1.1前言
在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
20世纪50年代以后﹐机械手逐步推广到工业生产部门﹐用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料﹐也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产线和加工中心中应用﹐完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等作。
机械手主要由手部机构和运动机构组成。
手部机构随使用场合和作对象而不同﹐常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。
运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。
机械手可独立地实现伸缩﹑旋转和升降等运动﹐一般有2～3个自由度。
机械手广泛用于机械制造﹑冶金﹑轻工和原子能等部门。
能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运对象或作工具的自动作装置。
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。
针对这一问题，本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于移置轴类零件。
首先，本文将设计机器人的伸缩臂、机身、横移液压缸和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文还将设计该机器人的液压控制系统。
机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。
它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国高科技跟踪国际发展的重要方面。
工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技发展和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。
目前，机器人的定义，世界各位尚未统一，分类也不近相同。
最近联合国组织标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：
工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序来完成各种工作，主要应用于搬运材料，传递工件。
参考国外的定义，综合我国的习惯用语，对工业机器人做如下定义：
工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。
主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。
工业机器人以刚性高的手臂为主题，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高。
它可以根据外补来的信号自动进行操作。
工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展阶段可分为三代：
第一代机器人就是现在工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。
它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存储信息，工作是读取这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。
第二代机器人是带感觉的机器人。
它具有寻力觉、嗅觉、视觉等进行反馈能力。
其控制方式较第一代要复杂的多，这种机器人从1980年开始进入实验阶段，不久将普及应用。
第三代机器人即智能机器人。
这种机器人除了嗅觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身或周围的环境，识别状态的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务，并且能跟踪工作对象的变化具有使用工作环境的功能。
这种机器人还处于试验阶段，尚未大量投入实用。
基于液压控制的移置机械手的设计有以下几个主要内容：
1）设计计算各非标准零部件及选用标准件
2）测绘各零部件图
3）设计并绘制PLC和液压系统控制图
4）编写机械手的设计计算说明书
1.2工业机械手在生产中的应用
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。
机械手可以完成许多工作，如搬运、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。
各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。
可在机械工业中，加工
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