传动机械手的课程设计.docx

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传动机械手的课程设计

设计题名：

传送机械手的设计

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摘要：

本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。

工业机械手是工业生产的必然产它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。

实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。

此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本课题通过应用AutoCAD技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。

上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。

关键字机械手，AutoCAD。

摘要2

引言4

1机械手的方案设计4

1.1功能需求分析4

1.2机械手的结构5

1.3机械手的控制方案5

1.4机械手的控制面板7

2机械手的硬件组成7

2.1液压缸选择选型7

2.2控制器的选择8

2.3限位开关8

2.4电磁阀的选择8

3传送机械手的软件及控制要求9

3.1控制要求9

3.2传送机械手的I/O分配图9

3.3传送机械手的PLC外围连接图10

3.4传送机械手的梯形图及其说明11

3.4.1自动控制程序11

3.4.2手动控制程序14

总结16

参考文献..................................................................................................................................17

引言

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。

机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。

目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。

把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。

当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。

而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。

因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

本课题在对一种执行机构由电动机组成的工业机械手的结构进行分析的基础上，将PLC应用于其控制系统，完成了系统的硬件设计和软件设计。

根据该机械手的工作特点，采用步进顺序控制方式，是程序简化，便于调试。

将PC与PLC组成分布式控制系统，进行联网通信，工作人员可在上位机上编程、监控设备运行情况，实时地对现场参数进行修改、调整，使系统工作与最佳状态。

1机械手的方案设计

1.1功能需求分析

国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备、自动化生产线，国产的机床设备已越来越多地采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。

利用PLC控制的机械手在工业中运用越来越广泛。

在工业生产中利用机械手能够提高效率，节约生产成本，所以现在社会中机械手的运用越来越广泛。

在生产中运用机械手进行材料的搬运的运用也非常普遍。

本课程设计中就介绍了一款在工业生产中利用机械手进行材料搬运的系统设计。

在加工中心中，利用本机械手可以进行材料的自动抓取，进行材料的搬运。

1.2机械手的结构

如图1本机械手包括手部，手臂，横杆，基座4部分组成。

手部：

与物件接触的部件。

本课题中我们采用夹持式手部结构。

当手部将材料夹紧利用延时来控制。

手臂：

手臂是支承被抓物件、手部的重要部件。

手臂的作用是带动手部去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。

手臂的上升和下降利用电磁阀控制液压缸来控制。

横杆：

是用来带动手臂运动的部件。

它的运动是利用电磁阀带动横杆的液压缸来进行左右移动的。

基座：

机座是机械手的基础部分，用来将机械手的执行机构的各部件和驱系统安装在基座上，故起到支撑和连接的作用。

图1

1.3机械手的控制方案

本设计机械手主要用于在工业领域内在机床上进行材料的搬运，将一个未加工或者半成品从一个工台抓到另一个加工台进行加工其系统框图为：

如图2所示其功能是将工件从A移送到B处。

当按下开始按钮后，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升电磁阀开始通电，机械手上升；上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移，右移到位时，碰到右移限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。

此时，右工作台无工作，下降电磁阀接通，机械手下降。

下降到底时碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升电磁阀上升电磁阀通电，机械手上升，上升碰到限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移；左移到原位时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

至此，机械手完成一个周期的循环。

图2

1.4机械手的控制面板

如图3利用旋转按钮来选择单步还是自动。

如果单步则用按钮来具体控制，在运行时要按启动按钮，停止时按停止按钮，当机械手位于原点时原点灯亮。

图3

2机械手的硬件组成

2.1液压缸选择选型

T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8（2.13）

W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b（2.14）

式中：

Ηm—机械效率取：

0.85～0.9

Ηv—容积效率取：

0.7～0.95

所以代入公式（2.13）得：

T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8

=25.8（N·M）

T

代入公式（2.14）得：

W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03

=0.673rad/s

W<π/4≈0.785rad/s

圆整其他缸的数值：

手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa

流量QⅠ=120ml/s

小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa

流量QⅠ=1000ml/s

横杆伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa

流量QⅠ=1000ml/s

2.2控制器的选择

控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。

本课题中控制器采用S7——200系列具体型号为SIMATICS7-200CPU224的PLC来进行控制。

如图4

图4

2.3限位开关

在本设计的机械手中采用了限位开关来进行系统的保护，当手臂在下降或者上升时碰到限位开关会使电机停止运行从而起到一定的保护作用。

2.4电磁阀的选择

本传送机械手设计中利用电磁阀来控制液压缸来实现机械手的运动。

本设计中利用单电控电磁阀来实现对液压缸的控制。

以实现机械手的运行。

3传送机械手的软件及控制要求

3.1控制要求

气动传送机械手的上升下降和左行右移动作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动液压缸来完成。

其中上升与下降对应的电磁阀的线圈分别为YV1和YV2；左行右行对应的电磁阀的线圈分别为YV3和YV4。

若某个电磁阀通电，就一直保持现有的机械动作，直到相对应的另一个线圈通电为止。

另外气动传送机械手的夹紧和防守动作由另一个线圈的电磁阀来完成，线圈YV5通电时夹紧，YV6通电时放松。

机械手的工作臂都设有上下限位和左右限位的位置开关SQ1,SQ2,SQ3,SQ4,夹紧装置不带限位开关，是由一定延时完成。

如图5

图5

3.2传送机械手的I/O分配图

根据控制要求及控制分析，该系统需要6个输入点和6个输出点，输入输出分配表如图表6所示。

输出

输入

功能

元件

PLC地址

功能

元件

PLC地址

启动控制按钮

SB1

I0.0

上升对应电磁阀控制线圈

YV1

Q0.0

上限位行程开关

SQ1

I0.1

下降对应电磁阀控制线圈

YV2

Q0.1

下限位行程开关

SQ2

I0.2

左移对应电磁阀控制线圈

YV3

Q0.2

左限位行程开关

SQ3

I0.3

右移对应电磁阀控制线圈

YV4

Q0.3

右限位行程开关

SQ4

I0.4

夹紧放松电磁阀控制线圈

YV5

Q0.4

停止控制按钮

SB2

I0.5

原位指示信号灯

HL

Q0.5

手动下降按钮

SB3

I1.0

夹紧放松按钮

SB4

I1.1

手动上升按钮

SB5

I1.2

手动右移按钮

SB6

I1.3

手动左移按钮

SB7

I1.4

表6PLC控制传送机械手的输入输出分配表

3.3传送机械手的PLC外围连接图

如图7为机械手的外部连接图：

图7PLC机械手的外围连接图

3.4传送机械手的梯形图及其说明

3.4.1自动控制程序

程序说明：

当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通状态，移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置1，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。

按下启动按钮，I0.0置1，产生移位信号，M10.0的1移至M10.1，下降阀输出继电器Q0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关I0.2断开，M10.0置0，原位指示灯灭。

当下降到位时，下限位开关I0.1接通，产生移位信号，M10.0的0移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的1移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0动合触电闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7S。

机械手夹紧工件后，T37动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置1,0移位置M10.2，上升电磁阀Q0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。

由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。

当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，0移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不在上升，同时移位信号使M10.4置1，I0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。

待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的0移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的1已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。

当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，0移至M10.5,1移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5S，T38动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为0，M10.7位1，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为0，M11.0位1，Q0.2断开，停止上升，Q0.4线圈接通，I0.3断开，左移。

到达左限位开关位置，I0.4触点接通，M11.0为0，M11.1为1，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2,I0.4均接通，M10.0被置1，完成一个工作周期。

再次按下启动按钮，将重复上述动作。

程序如下：

3.4.2手动控制程序

手动控制时先将总控制按钮打到手动，就可以利用手动面板控制。

程序如下：

总结

通过此次课程设计，使我了解了机械手的很多相关知识。

使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了抓取式机械手设计的一般过程，通过对抓取式机械手的结构设计作了系统的设计，掌握了一定的机械设计方面的基础。

为以后的工作学习创造了一定基础。

1、本次毕业设计只是对抓取式机械手的结构和驱动做了系统的计算设计，设计中较少涉及到机械手的控制问题，对这方面有点模糊，需要在以后的工作学习中了解和掌握。

2、本次设计的是抓取式机械手设计，相对于通用机械手，因此，动作固定，结构简单，同时成本低廉，专用性比较高，可实现车间内的一些搬运工作。

3、由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望老师见量，指正。

综上，通过近一个星期的课程设计，经过资料的收集、方案的选择比较和论证，到分析计算，再到工程图纸的绘制以及课程设计的撰写等各个环节，我对大学学生的知识有了一个整体的深层次的理解，同时对工程的理解更加深刻和准确。

因此，通过课程设计实现了预期目标。

参考文献

【1】陈忠平周少华侯宝玉李锐敏西门子S7-200系列PLC自学手册人民邮电出版社2008年第一版P288-P292