两工位芯模搬运机械手设计.docx

1、两工位芯模搬运机械手设计摘 要本文对芯模搬运机械手进行了总体机构设计，能够完成机械手整体的旋转，机械手手臂的升降和伸缩，根据机械手的技术参数分别设计了机械手的夹持式手部结构计算出了夹持芯模物料时手抓气缸缩需要的驱动力，设计了手臂伸缩、升降用的气缸的所需驱动力和机械手回转时电机的功率选择。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图。利用PLC对机械手进行控制，选取了合适的PLC的型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。关键词：机身回转机构，机身升降机构，手臂伸缩机构，气动，可编程序控制器(PLC)

2、ABSTRACTThis article conducted the overall institution design of mandrel handling robot, the robot is able to complete the robot overall rotation, the robotic arm can move and stretch, according to the manipulator specifications, I designed the manipulator gripping type hand structure ,and calculate

3、d out of the driving force when the clutch cylinder shrink clamping mandrel material, also designed a telescopic arm, the required driving force of the lift cylinder and the manipulator rotation when the motor power options. I designed the robots pneumatic system, draw the working schematic of the p

4、ressure system of the robot.Using PLC to control the robot, select the PLC model, developed a control program of the programmable logic controller according to the workflow of the robot, to draw the robot work timing diagram and ladder, and prepared a program to control device control program.Key wo

5、rds: body rotation institutions, body lifting mechanism, featuresair, pressure drive, the Telescopic mechanism of the arm, Programmable Logic Controller1 绪论在现实生活中，机器人并不是在简单意义上的代替人类工作的机器，而是一个拟人的电子机械设备并且拥有人类的一些专业知识。这意味着它拥有快速反应的环境模拟和分析能力和对事物的判断能力，机器人可以连续工作时间很长，并且加工零件精度高，还具有抵抗恶劣环境的能力。机器人从某种意义上说，不仅仅是一台机器

6、，更是一种在不断完善自己，不断提升自我能力的产品，无论是在生产业和非成产业是一个重要的生产和服务设备，先进的制造技术领域所不可缺少的自动化设备。工业机器人是机器人的一种，它由操作机（机械本体），控制器，伺服驱动系统和检测传感器装置，是一种仿人操作，拥有自我反馈控制，可重复编程，三维空间完成各种综合的电气和机械操作自动化生产设备，特别适合用在多品种，变批量的柔性生产。它对于产品质量的稳定和提高起到很大作用，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着非常重要的作用，随着工业机器人的越来越普及，越来越多的高校也逐步开始研究起工业机器人。1.1 选题背景及其意义单词“机器人”首次出现在1920

7、年捷克作家卡雷尔恰佩克创作剧“罗森的万能机器人”。在剧本中，作家创造了一个拥有的外观，特点和功能，愿意提供人性化的服务机器人的佣人“Robota”，在他的剧中机器人被描述成像奴隶劳动。机器人可以完成一些类似于人类的手和手臂的动作，按照固定程序抓取，移动一定重量的物体或操作一些自动化操作工具设备。它可以代替人的艰苦劳动，以实现生产的机械化和自动化，在恶劣的环境下也能很好的工作，以保护人民的安全，因此被广泛用于机械制造，冶金，电子，轻工和原子能工业。机械手的主要部件由手爪部分，手臂部分，机械手机身部分组成。手爪用来保持工件（或工具）的夹钳稳定性，根据掌握物体的形状，大小，重量，材料和操作要求和不同

8、的结构形式，机械手的手部也有很多的形式，如夹钳式，托持式和吸附等。而对于手臂部分，主要是为了使手部完成各种转动（摆动），移动或复杂的运动，以达到所需的动作，改变被抓物体的位置和姿势。而机械手机身部分则可以移动升降机构并做独立的回转运动。机械手的手臂升降、伸缩、机身的移动和旋转等独立的运动，称作为机械手的自由度。为了抓取空间任意位置和方向的对象，机械手需要拥有6个自由度。自由度机械手设计的程度是关键参数。自由操纵，灵活性大，通用性更广，它的结构也比较复杂。一般的机械手有34个自由度。如图1-1所示，这个机械手就拥有三个自由度，其中机械手的手臂可以完成伸缩运动，机械手的机身则能完成手臂的升降运动，

9、同时机身的回转运动能使机械臂完成任意角度的位置要求。 图1-1 工业机械手简图机械手的类型，按照驱动方式，可以分为液压驱动式，气压驱动式，电机驱动式；机械手按适用范围可划分成特殊机械手和普通机械手两种类型；按照运动轨迹控制方式可以划分为点位控制式和连续轨迹控制式等。机械手一般不会单独的作为工业生产中主要装置，它一般都是附加在机床或者别的机器边的辅助装置，如在数控机床中自动换刀，如在自动生产线中搬运物料等，一般不具有独立控制装置。有部分的机械手还不能独立操作，也需要有人直接或间接的操作，如原子能部，管理危险品的主从式机械手通常也被称为机械手。机械手是近几十年发展起来的一种高端科技自动化生产设备，

10、它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着始终重要的作用。目前主要用于机床，模锻压机的上下料，以及电焊，喷漆等作业中，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量所以受到了许多部门的重视，并且在现在和将来都得到极大的重视。但是由于机械手并不真正像人类的手那样灵活并且不能具备传感反应任何反馈的能力，不能对外界特殊情况进行应变。目前，大部分的机械手还只属于第一代的机械手，主要依赖于手动控制，改进的方向基本上是为了降低成本和提高精度。第二代的机械手正在加紧发展。它提供了一个微型电子计算机控制系统，视觉，触觉

11、，甚至听一样的能力，。学习上的各种传感器的安装，检测到的信息反馈，使得机器人具有感觉功能。第三代的机械手可以独立完成许多繁琐和高难度的工作。随着电子计算机和电视设备的发展，它将和这些设备保持联系，并逐步发展成柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC的一个重要环节。机械手的应用意义在于：（1） 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、弓箭的装卸、道具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（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、早生、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用忍受直接操作是有

12、危险或者根本不可能的，而应用机械手即可部分或者全部代替人安全的王城作业、是劳动条件得以改善。（3） 可以减少人力，便于节奏的生产。应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同事由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都是机械手，以减少人力和更近准的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。本课题中两工位芯模搬运机械手的控制系统主要是PLC控制系统，驱动方式为气压传动。1.2 国内外现状及发展历史工业机器人是最为典型的机电一体化设备, 高附加值的技术，应用范围广，作为先进制造技术的新产业和信息社会的支持，将会在未来生产和社

13、会发展中发挥出越来越重要的作用。据外国专家预测，工业机器人是在辆车，计算机后出现的一个新的高度 - 高新技术产业。根据联合国欧洲经济委员会（欧洲经委会）和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器人市场前景，从二十世纪下半年，世界机器人产业一直保持稳步增长势头。在19世纪末，随着工业发展的速度崛起，工业机器人的产品开发速度加快，年增长率平均保持在10。在2004年的增长率达到了创纪录的20。其中，最突出的是亚洲机器人，增长幅度高达43。随着这现年各个国家以及企业的重视，工业机器人已经不单单是在工业中起到作用，同时也在别的产业中扮演着重要的角色。在制造业，尤其是在汽车行业，工业机器人已被广泛使用

14、。如在毛坯制造（冲压，铸造，锻造，机械加工，焊接），热处理，表面涂层，装卸，组装，测试等操作，机器人已逐渐取代人的体力劳动，可见，机器人正在往越来越多的领域更深层次的工作进军。在1954年，美国戴沃尔是最早的提出了工业机器人的概念，并且在当时申请了专利。他的专利的主要是借助伺服控制技术控制机器人的各个关节，利用人手对机器人进行动作的示教，在当时的机器人能实现动作的记录和再现。这就是当时比较著名的示教再现机器人了，现在很多制造出的机器人还有保留着这种控制方式。而在1958年，被称作为“工业机器人之父”的Joseph F.Engel Berger创造了世界上第一个机器人公司，并参与设计了一台用于压

15、铸作业的五轴液压驱动机器人，手臂的控制由一台专用计算机来完成。随着计算机技术和人工智能技术的发展，使得机器人在功能和技术层次上有了很大的高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是比较典型的代表了。我国工业机器人，在70年代初开始，经过20多年的发展，经历了3个阶段：萌芽期的70年代，80年代和90年代的工业机器人开始逐步走向实用。七十年代是世界科学和技术发展的一个新的里程碑;在月球上开始有人类的足迹，金星，火星也逐步开始实现软着陆。中国也在同一时刻发射了人造卫星。全球工业机器人的热潮，尤其是日本，发展非常迅速，但经济增长是日益增加同时也造成了劳动力缺乏。在这种情况下，于1972年，中国也开始

16、发展自己的工业机器人。进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高科技浪潮的推动下，我国对于机器人的人研究和开发逐步开始引起重视。在“七五”期间，国家开始投入资金，对于工业机器人以及机器人身上的零部件进行了研制，终于开发出了一个完整的示教再现式工业机器人的技术，同时开发出了电焊、喷涂和搬运机器人。在1986年，国家高技术研究发展计划开始实施，记过各学者和专家的辛勤研究，成功制出了一批特种机器人。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。目前我国机器人研究的主要内容如下：（1）示教再现型工业机器人产业化技术研究：这些研究包括：联合式，侧喷流，喷顶式，龙门喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计，具有灵活分析的喷涂机器人的研发;焊接机器人产品标准化、通用化、模块化