电动机座加工自动线卸料机械手设计Word下载.docx

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机械手，液压驱动，PLC控制

ABSTRACT

Thispaperbrieflyintroducestheloadingandunloadingmanipulatorwhichcontrolledbyhydraulicandanalyzesitscompositionandclassification.Firstofall,thispaperdescribesthecurrentdevelopmentstatusofthedomesticandforeignmanipulators;

featuresofvariousdegreesofgeneralmanipulatoranditscoordinate’sstructuralforms,hydraulicdrivetechnologyaremainlypresentinthesecondplace;

finally,inthispaper,thefeaturesofPLCcontrolareintroduced.

Inaccordancewiththedesignrequirements,thispaperfirstlygivesouttheprimaryspecificationparameterofthismanipulator.Next,choosesthefourdegreesoffreedomaswellascircularcylindricalcoordinatesloadingandunloadingmanipulatoraccordingtotherequirements.Moreover,thispaperdesignsthevariouspartsofthemanipulator:

gripper,wrist,armandcolumnwhichonthegroundsofthedesignrequirements.Themanipulatorisdesignedtoadoptthehydraulicpressureactuation,thehydrauliccomponentsareselectedtodominatethemanipulator,andthemanipulatorhydraulicsystemschematicdiagramisdrawnup.

ThemanipulatorisdesignedtoselectthePLCpositioncontrolasrequested;

henceMitsubishiCorporation'

sFX2N-64MRPLCisselected.Following,theflowchartisdrawnupbasedontheactualworkingstate,I/OSeamsonScyllaisdistributed,thenthePLCexternalwiringdiagramisalsodrawnup.

Keywords:

manipulator,hydraulic,PLCcontrol

1绪论

工业机械手能模仿人部分动作，能在生产中替代人进行操作。

在工业生产中应用机械手的优点有：

提高效率、减轻工人的劳动强度、保证质量，最主要是在生产过程中能实现自动化。

尤其是在恶劣坏境、频繁单调的操作中更能体现出其优越性[6]。

1.1选题背景及意义

随着社会进步和科学技术的发展，工业生产的操作方式也发生着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐步演变成自动化、智能化的生产方式。

随着人类生产方式的发展，人类也逐渐无法完成某些生产过程，为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具一一机械手。

机械手也被称为自动手，能模仿人手臂某些动作功能，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。

目前，在各个生产领域，为了提高生产效率和产品质量，实现安全生产，都采用了各种不同形式，不同功能的机械手。

由于机械手的出现，在许多生产工艺中都代替了人工，使工业自动化有了较大发展，这不仅大大的提高了劳动生产率，改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度，而且使成批生产有了质量技术保证，正因为如此，机械手的设计开发成了目前工业技术的重要课题。

以下是机械手在工业中的几种典型应用：

（1）旋转体零件生产流水线自动化方面；

（2）在实现单机自动化方面；

（3）在铸、锻、焊等热处理方面；

（4）在装配方面；

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

它是机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中。

成品电动机机体形状很复杂，从毛胚到成品需要完成很多道加工工序，各道工序及工序之间都要实现机体的移位及定位，这些工序如果全靠人工完成将大大增加工人的劳动强度，不仅使加工质量难以得到保证还增加了劳动的危险性。

本课题的研究是为了设计出一种电动机机座加工自动线上用的辅助机械手，该机械手在加工自动线能完成卸料，转位和翻转等多种功能，提高生产效率，降低劳动强度。

电动机座加工自动线卸料机械手用于电动机座的自动加工线上。

该自动线分为两段，分别对电动机座的两个断面进行加工，卸料机械手用来从第一段生产线的电动机座输送带上卸下工件，并将工件放置到前输送带上的合适位置，经翻转再装到第二段线上继续加工。

学生通过毕业设计，能掌握机械设计和控制系统设计的方法和思路，理论联系实践，将大学四年所学的理论知识进行综合理解和利用，从而培养独立思考、学习、研究的能力。

强化学生查阅外文资料的能力以及绘图的能力。

1.2国内外研究现状和趋势

1.2.1国内外机械手的研究现状：

机械手首先是从美国开始研制的。

1954年美国工程师德尔沃最早提出机械人的概念；

1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

1959年美国德尔沃与英格伯制造了世界上的第一台机械人；

1962年美国正式将机械人的使用性提出来，且制造出类似人的手臂；

1967年日本成立了人工手研究会，并召开了首届机械手学术会；

1970年在美国召开了第一届工业机械人学术会，并的到迅速普及；

1973年辛辛那提公司制造出第一台小型计算机控制的工业机械人，当时是液压驱动，能载重大成就45KG；

到1980年在日本得到普及，并定为“机械人元年”此后在日本机械人得到了前所未有的发展与提升。

在国内，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。

但我国在工业机械手生产企业中，年产销量在100台以上、产值过5000万元的规模企业非常少，国外大型公司年产量都达5000到10000台，销售额为数十亿美元。

目前国内机械手的保有量在4000台左右，并将以每年800～1000台左右的速度快速增长。

工业机械手应用前景极为广阔。

虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。

国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰,没有比较成熟稳定的伺服系统,所以不能生产高端机器。

我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。

随着技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业。

现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。

在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。

因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。

工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，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。

1.2.2机械手的发展趋势：

目前国内机械手主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。

目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。

国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。

如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。

定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。

更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

1.3设计原则

本次毕业设计的设计原则是：

依据设计任务书的要求来设计机械手，结合机械手的工艺流程和工作环境来考虑设计中的要求。

首先应满足基本要求，然后再尽可能的简化结构，尽可能的采用通用的元配件，这样将可以降低成本，而且还可以增加可靠性。

在考虑经济、科学和满足生产要求的设计原则的同时还能能将本科期间所学过的知识，例如工业机器人技术、机电传动控制、机械设计、PLC系统设计、液压与气压传动、机电一体化设计等知识加以合理科学的运用，融会贯通，可以让我们在大学间积累的知识进行强化的同时发现不足并且通过学习来完善。

1.4机械手的总体研究方案

1.4.1机械手的自由度

根据设计要求：

机械手具有4个自由度。

本次设计的机械手为4自由度即：

大臂回转、大臂升降、、小臂伸缩、腕部回转。

下图1-2所示为圆柱坐标形式的机械手。

图1-1为圆柱坐标形式的机械手

1.4.2给定的主要技术参数

表1-1为主要的技术参数

1.4.3机械手的执行部件的选择

对于机械手各个执行部件的选择，其实就是液压缸的选择，具体为：

手爪的夹紧和放松的功能是通过一个伸缩缸来实现动作，手腕的回转则是用一个回转缸来实现其运动，而小手臂的伸缩则是通过一个伸缩缸来实现，大手臂的升降则是通过升降缸来实现，大手臂的回转通过电机带动齿轮来实现。

1.4.4控制方式

根据设计要求采用P