机电一体化课程设计机械手Word格式文档下载.docx

1、机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种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。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，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，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。更显其优越性，有着广阔的发展前途。国内外机械工业、铁路部

2、门中机搬运械手主要应用于以下几方面。 1. 热加工方面的应用 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作 2. 冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3. 拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门

3、，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。机械手的应用意义。在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下:1.可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、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，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步

4、伐。2.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，用人手直接操作是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地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，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。3. 可以减少人力，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生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产

5、的节拍，便于有节奏地进行生产。二、机械手的分类 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。,一,按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1.专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大附属，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心”批量的自动化生产的自动换刀机械手。2,通用机械手 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。通过调整可在不同场合使用，驱动系统和格性能范围内，其动作程序是可

6、变的，控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以点位控制，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。 ,二,按驱动方式分 1,液压传动机械手 是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可

7、实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2.气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3.机械传动机械手 即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它主要特点是运动准确可靠，动作频率

8、大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。4,电力传动机械手 即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。（三）按控制方式分 1,点位控制 它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。2,连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制

9、之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统4复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。三、机械手的组成 工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。 1、执行机构 手部 、腕部 、臂部、手臂等部件。2、驱动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。3、控制系统分类 在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程

10、序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。 四、机械手整体设计方案 在现有生产线的基础上，设计一种机械手，该机械手能利用吸盘自动吸取工件，并将工件放到指定位置。该手运行路径合理，整个过程无人工操作，系统通过传感装置检测工件，工作结束后能自动停止。机械手有上行/下行、左摆/右摆、放松/吸取几个运行方式，并且能够准确把握工件的起始、终止位置因素。总体设计框图 1（控制装置的选择 本设计中用单片机取代PLC 控制。2.机械手坐标形式的选择 本设计中精度要求较高，直角坐标式灵活性差，不利于提高工作效率。因此为了使其工作方式更加简单直观，机械手坐标类型选择为圆柱坐标机械手。3.传动机构的选择 本设计

11、要求传动方式为电机的转动带动机械手臂的上下、左右移动，由于设计精度要求较高，从零件的加工方面考虑，最终确定了加工较为简单的齿轮传动。 4.抓取机构的选择 目前工业上较长采用的抓取机构为真空吸盘，考虑到材质（表面光滑工件），因此选择了真空吸盘作为抓取机构。通过气缸活塞的上下运动来控制工件的抓取和放下，操作方便。5.驱动方式的选择 选择驱动方式阶段，电机选择相对较为简单，由于步进电机有步距角误差，机械手在齿轮传动和摆动时会进一步放大该误差，因此选择伺服电机驱动。三维图如图所示:1 真空吸盘;2气缸;3小臂;4齿轮;5伺服电机;6大臂;7支撑座。抓取及放松工件的过程:伺服电机带动大臂6绕着各自的旋转

12、轴进行旋转，使工件在水平面内转动，通过伺服电机5和齿轮4传动，使小臂3也可在水平面内旋转。当移动到工件上方时，气缸2控制真空吸盘1吸取工件，然后通过大臂与小臂的旋转使工件到达指定位置，将工件放松。伺服电机的驱动芯片选用型号为LMD18200的芯片。它可以根据PWM 控制信号的占空比来决定直流电机的转速和转向。采用一个增量型光电编码器来反馈电动机的实际位置，输出AB 两相，检测电机转速和位置，形成闭环位置反馈，从而达到精确控制电机。所设计的电路图如下图所示:五、总结与体会 通过本次机械手的课程设计，使我对以前所学的理论知识有了更进一步的了解，同时学会了将所学过的知识技能应用到实际中去，能够系统的

13、、全面的锻炼我的整体设计能力，并且能够将大学期间所学到的知识得到有效的复习和巩固。机械手的课程设计，要求内容更高，设计过程更加复杂。我们需要有充分专业知识，和良好的理解能力、掌握能力以及实际运用的灵活性。通过此次毕业设计，使我了解了很多机械手的相关知识。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。了解了机械手程序设计的一般过程，掌握了程序设计方面的基础，为以后的工作、学习打下了坚实的基础。同时我也认识到了自身控制方向的不足，以后仍需继续努力。附件1 仿真程序 #include#define TH0_TL0 （65536-1000）/设定中断的间隔时长 unsigned char c

14、ount0 = 0; unsigned char count1 = 0; bit Flag = 1;/电机正反转标志位,1 正转，0 反转 sbit Key_add=P3 2; /电机减速 sbit Key_dec=P3 3; /电机加速 sbit Key_turn=P3 4; /电机换向 sbit PWM1=P3 6;/PWM 通道 1 sbit PWM2=P3 7;/PWM 通道 2 unsigned char Time_delay; /函数声明 void Delay（unsigned char x）; void Motor_speed_high（void）; void Motor_speed_low（void）;