PLC控制机械手设计Word文档下载推荐.docx

PLC控制机械手设计Word文档下载推荐.docx

《PLC控制机械手设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC控制机械手设计Word文档下载推荐.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

2、手腕是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。

3、手臂支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。

4、立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。

5、行走机构机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。

滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。

6、机座它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。

7、其它部分行程检测装置和传感装置等。

行程检测装置是检测和控制机械手各运动行程（位置）的装置。

传感装置其中装有某种传感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指与物件是否接触、物件有无滑下或脱落、物件的位置是否准确、手指对物件的握紧力是否与物件的重量相适应。

（二）、运动机构

使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。

1.2机械手的分类

㈠、按机械手的使用范围分类：

⑴专用机械手一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。

它从属于某种机器或生产线，用以自动的传送物件或操作某一工具。

这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。

⑵通用机械手（也称工业机器人）即指具有可变程序和单独驱动的控制系统，又不从属于某种机器，而能自动地完成传送物件或操作某些工具的机械装置。

㈡、按机械手的驱动方式分类：

⑴液压驱动机械手以压力油进行驱动。

⑵气压驱动机械手以压缩空气进行驱动。

⑶电力驱动机械手直接用电机进行驱动。

⑷机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。

㈢、按机械手臂力大小分类：

⑴微型机械手臂力小于1公斤。

⑵小型机械手臂力为1～10公斤。

⑶中型机械手臂力为10～30公斤。

⑷大型机械手臂力大于30公斤。

㈣按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

1.3应用机械手的意义

随着科学技术的发展，机械手也越来越多地被应用。

在机械工业中，铸、锻、焊、铆、冲压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。

其它部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。

机械工业中，应用机械手的主要目的：

一、可以提高生产过程的自动化程度。

应用机械手，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

二、可以改善劳动条件、避免人身事故

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作时有危险或根本不可能的。

而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。

在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

三、可以减少人力，并便于有节奏地生产

应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。

因此，在自动化机床和综合加工自动线上，目前几乎都设机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏进行生产。

综上所述，有效地应用机械手，使发展工业的必然趋势。

1.4机械手的发展概况

1.4.1对机械手的一般要求：

1、降低机械手的成本为了扩大机械手的使用范围，必须降低机械手的成本。

据统计，机械手电气控制装置所占成本的比重较大。

2、品种多样化为了适应不同工作的需要，应使的机械手的品种多样化，用机械手代替更多的人的手工劳动，进而实现生产过程的自动化。

特别是那些工作比较单一、重复性很大而工作条件又较差和劳动量较大的工种，更应注意设计和使用各种类型的机械手。

3、零件、部件系列化、通用化、标准化为了加速扩大机械手的应用领域，应尽量缩短其设计和制造周期。

这样，就要求机械手的某种零件、部件（如手部、臂部等）系列化、通用化、标准化。

然后，即可根据具体工作的需要，将这些零件、部件（或再相应地增加一些其它零件、部件）进行组合，组成需要的机械手。

当然，这样的机械手还应保证组合方便，一旦工作变更时，就能迅速而顺利的重新组合。

4、产品性能应准确可靠机械手的重要技术指标之一，就是其性能应稳定可靠。

为此，要求设计合理，元件稳定，制造精确。

1.4.2机械手的发展概况与发展趋势

机械手是机械、电子、计算机、液压液力与气压传动等多学科高新技术融合的成果，是当代技术进步的典型范例。

机械手通常用作机床或其它机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手。

专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。

由于通用机械手的应用发展，进而促进了智能机器人的研制。

智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气压传动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。

目前国内外对发展这一新技术都很重视。

气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统已被接受。

由于气动技术与电子技术的结合，以及周边技术的成熟，在工业自动化领域里，气动机械手、气动机器人的实用性已经充分体现出来。

因为气动伺服定位技术一出现，就受到工业界和学术界的高度重视，同时为气动机器人、气动机械手大规模进入工业自动化领域开辟了十分宽广的前景。

研制具有一定“感触”和“智力”的智能机器人。

这种机器人，具有各种传感装置，并配备有计算机。

根据仿生学的理论，用计算机充当起“大脑”，使它能“思考”、能“分析”、能“记忆”。

用电视摄像机、测距仪、纤维光学传感器、导光管或其它光敏元件作为“眼睛”，在其“视野”的范围内能“看”。

用听筒和声敏元件等作“耳朵”能“听”。

用扬声器等作“嘴”能“说话”进行“应答”。

用热电偶和电阻应变仪等作“触觉”能“感触”。

用滚轮或双足式的行走机构作为“脚”来实现自动移位。

这样的智能机器人，可以由人用特殊的语言对其下达命令，布置任务。

受令后的智能机器人，即可根据现场环境的各种条件或信息，独立地“分析”和“判断”并自编或自变程序的进行工作；

能够自找（选择）物件的方位，字调握力的大小，自找传送路线以避开障碍物。

因此，它将成为“无人化”系统的重要组成环节之一。

2机械手的设计

2.1机械手设计的总体方案

由于本次设计的机器人需要通过气缸来实现机械手臂的三个方向上的自由度如：

手臂的上下的升降运动、手臂的前后伸缩运动、手臂的回转运动以及用气压马达来实现小车按轨道运动。

总体设计方案如下面的框图所示：

设计示意图如下所示

机械手的执行机构由于采用积木式连接，结构非常简单、实用。

2.2机器人的规格参数

该机械手属于圆柱坐标式。

（一）机器手的参数：

1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，机械手最大抓重以10公斤左右的为最多。

故该机械手主参数定为10公斤。

2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。

操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低则限制了它的使用范围。

而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。

该机械手最大移动速度设计为1200毫米/秒，最大回转速度设计为1200/秒。

平均移动速度为1000毫米/秒，平均回转速度为900/秒。

机械手动作时有起动、停止过程的加、减速度存在，用速度—行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。

则手臂前后伸缩平均速度为1000毫米/秒，手臂上下升降平均速度为500毫米/秒，手臂回转平均速度为900/秒。

除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。

大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。

过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而使刚性降低。

在这种情况下宜采用自动传送装置为好。

据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600毫米，最大工作半径为1500毫米，手臂安装前后可调200毫米。

手臂回转行程范围定为2400，又由于该机械手设计成手臂

结合机械手气压系统图说明其动作循环过程。

压力继电器发出电信号，使机械手开始按程序动作。

首先，电磁铁1DT通电，压缩空气从电磁阀的左边通道经单向节流阀进入手臂升降油缸的上腔，推动手臂上升。

在手臂上升到一定位置，碰行程开关，使1DT断电，并发出信号使3DT通电，压缩空气由电磁阀的左边通道经快速排气阀进入手臂前后伸缩气缸的左侧，推动手臂前伸。

在手臂前伸到一定位置，装在手臂上的碰铁碰到行程开关发出电信号，使7DT通电，压缩空气由电磁阀的左边通道进入手指夹紧气缸的左侧，使手指张开。

在延时结束后，7DT断电，使8DT通电，手指夹紧工件；

并同时发出信号使4DT通电，压缩空气由电磁阀的右边通道经快速排气阀进入手臂前后伸缩气缸的右侧，使手臂缩回。

当手臂上的碰铁碰到行程开关使4DT断电并发出电信号，使5DT通电，压缩空气由电磁阀的左边通道进入手臂回转气缸的一腔使手臂回转950。

当手臂的回转碰铁碰到行程开关使5DT断电，并发出电信号使3DT通电，压缩空气由电磁阀的左边通道经快速排气阀进入手臂前后伸缩气缸的左侧，推动手臂前伸。

在手臂前伸到一定位置，装在手臂上的碰铁碰到行程开关发出电信号，使7DT通电，压缩空气由电磁阀的左边通道进入手指夹紧气缸的左侧，使手指张开，延时到7DT断电，使8DT通电，手指闭合，并发出电信号使4DT通电，压缩空气由电磁阀的右边通道经快速排气阀进入手臂前后伸缩气缸的右侧，使手臂缩回。

当手臂上的碰铁碰到行程开关使4DT断电并发出电信号，使2DT通电进行排气，手臂则靠自重下降。

在手臂下降到一定位置，装在手臂上的碰铁碰到行程开关发出电信号，使6DT通电，压缩空气由电磁阀的右边通道进入手臂回转气缸的另一腔使手臂反转950。

机械手复位，机械手的循环结束。

4.3机械手的缓冲和定位

1、手臂升降运动上升缓冲定位是靠可调碰铁触动行程开关而发出信号，切断气路来实现的。

下降运动是采用油缸端部可调节流缓冲，活塞与油缸端盖相碰而定位。

2、手臂伸缩运动手臂伸出有行程开关适时断电而切断油路，手臂滑行靠惯性缓冲，有死挡块定位；

手臂缩回没有定位精度要求，又终点行程开关适时断电，由活塞和油缸端盖相碰而定位。

3、手臂水平回转在回转油缸的两腔安装单向调速阀，控制手臂的回转速度。

结论

本次近距离自动移动式机械手臂——气压驱动的毕业在此告于段落。

它靠气泵驱动小车至指定地点，完成工件的搬运。

由于本次设计的是气动机械手，但平时看到和接触的大都是液压的和电气驱动的机械手，虽然气压驱动和液压驱动总体来说是大同小异的，但有些参数和计算还是不同的，所以还是遇到了些困难。

在手臂的设计中由于没有亲眼看到过真正的机械手臂的内部结构，所以有些地方不可能考虑得很周全。

但总的来说至少自己努力了，也察看了很多关于这方面的资料，询问了老师终于基本上完成了本次设计，心里还是很高兴的。

刚开始做设计的时候有些无从下手，一时掌握不到要领，经过一段时间的摸索终于有了些头绪，但自己考虑得很简单，经过几次与老师的讨论后才发现还有很多没考虑的地方和不足之处，感觉要搞一个设计还真不是件容易的事。

致谢

这次设计能够顺利完成首先要感谢吕夏老师的不断指导，由于自己对气压传动这方面也不太熟悉，刚开始都不知何处下手，吕老师给了我们很多启发。

在做的过程中又遇到了许多困难，但老师总是不厌其烦的讲给我们听，给我们一步一步的分析，使我们了解到了一些考虑欠缺的地方，能够不断完善。

吕老师还定期给我们察看，使我们可以顺利跨入下个阶段。

在这里再次感谢吕老师的帮助！

参考文献

1曹承志.电机、拖动与控制学.第3版.北京：

机械工业出版社.2000

2王庭树.机器人运动学及动力学.第2版.西安：

西安电子科技大学出版社，1990.12

3孟繁华.机器人应用技术.第1版.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，1989.6

4马香峰.机器人机构学.第1版.北京：

机械工业出版社.1991.9

5赵锡芳.机器人动力学.第1版.上海：

上海交通大学出版社，1992.12

6高松海.遥控机器人.第1版.北京：

原子能出版社，1981

7孙耀明.微型机算计在机器人技术中的作用.第1版.北京：

科学技术文献出版社，1987

8路甬祥.液压气动技术手册.第2版.北京：

机械工业出版社.2002

9陈奎生.液压传动与气压传动.第1版.武汉：

武汉理工大学出版社，2001.8

10何存兴.张铁华.液压传动与气压传动.第3版.武汉：

华中理工大学出版社，1998

11宋学义.袖珍液压气动手册.第1版.重庆：

重庆大学出版社，1997

12机械工业部.中小型电机产品样本.第1版.北京：

机械工业出版社，1995

13李发海.王岩.电机与拖动基础.第1版.北京：

清华大学出版社，1994

14诸静.机器人与控制技术.第1版.浙江：

浙江大学出版社，1991

15熊有伦.丁汉.刘恩沧.机器人学.第1版.机械工业出版社，1993

16吴广玉.姜复兴.机器人工程导论.第1版.哈尔滨工业大学出版社，1988

17王承义.机械手及其应用.第1版.北京:

机械工业出版社,1981

18天津大学编写组.工业机械手设计基础.第1版.天津:

天津科学技术出版社,1979