搬运机械手及其控制系统

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ毕业设计说明书搬运机械手及控制系统设计学院：机械工程学院专业：机械制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：2012年5月摘要I摘要我国的机械手的发展在最近几年得到了突飞猛进的发展，机械手可以仿照人类的某些肢体运动完成某些特定的动作，所以机械手在生产活动中扮演着越来越重要的角色。因此机械手会在我国得到更普遍广泛的应用。搬运机械手在当今工业、医疗、自然灾害等等的领域中等到了广泛的应用发展，然而搬运机械手的控制系统和执行机构在工作中起到举足轻重的作用，因此控制部分和执行部分对于机械手的工作的整体运转情况具有十分重要的意义。所以本次毕业设计主要的任务是解决执行机构和控制部分的问题，该毕业设计采用气压传动作为执行机构，可编程控制器作为搬运机械手的控制部分。对于本论文的总体设计主要有一下几点，首先要确定搬运机械手的工作对象、设计的目的、搬运机械手的自由度。本毕业设计要通过计算计算出气爪个夹紧力，伸缩臂的气缸、摆动气缸的扭矩等，然后选择标准气缸。执行部分要画出气动原理图，控制部分要根据搬运机械手控的IO点数选择三菱FX系列PLC。根据毕业设计的任务书要求画出梯形图和程序语句表。关键词：搬运机械手气压动传动可编程控制器SMC气缸AbstractIIAbstractTherobot'sdevelopmenthasbeenrapiddevelopmentinrecentyears,Therobotcanbemodeledonthehumanlimbmovementstocompletecertainactions.Playanincreasinglyimportantroleinthemove.RobotinChinamoregenerally,awiderangeofapplicationsHandlingrobotinwaitforawiderangeofapplicationdevelopmentintheareaoftoday'sindustrial,medical,naturaldisasters,etc.However,thehandlingrobotcontrolsystemandtheimplementingagenciestoplayadecisiveroleinthework,Controlandoperativepartsofgreatsignificancefortheoverallfunctioningoftherobotwork.Thegraduationprojectthemaintaskistosolvetheproblemofimplementingagenciesandthecontrolpartofthe,Thegraduationprojectadoptspneumatictransmission,programmablelogiccontrollerformovingthecontrolpartoftherobotastheexecutingagency.Fortheoveralldesignofthispaperaremainlythefollowingpoints,Mustfirstdeterminetheobjecthandlingrobotdesignedtodegreesoffreedomofthehandlingrobot,therobotparameters,andsoon.Thisgraduationprojectiscalculatedbycalculatingtheoutletclawsclampingforce,Thecylinderofthetelescopicboom、Parametersofrobotandsoon.Thenselectthestandardcylinder.Operativetodrawpneumaticschematic,ThecontrolsectionaccordingtotheIOhandlingrobotcontrolpointstoselecttheMitsubishiFXseriesPLC.Graduatedfromthedesigntaskbookdrawtheladderandtheprogramstatementtable.Keyword:MovingrobotPressuredynamictransmissionProgrammablecontrollerSMCcylinder目录III目录摘要………………………………………………………………………..1Abstract（英文摘要）…………………………………………………………………………………………………………目录…………………………………………………………………………第一章引言……………………………………………………………1．1课题的目和意义………………….1．2工业机械手设计的基本步骤……………………………………………..2总体设计…………………………………………………………………2．1设计的容…………………………………………………………………2．1．1总体说明……………………………………………………………..2．1．2驱动方式的选择和设计………………………………………………62．1．3整体机构的确定……………………………………………………..3工业机械手的机械部分设计……………………………………………….83.1工业机械手的规格参数……………………………………………..3.2工业设计手的参数计算………………………………………..83.2.1手部质量计算……………………………………………………..3.2.2机械手的爪部夹紧气缸的选择………………………………………93.2.3腕部传动气缸的选择……………………………………………..3.2.4伸缩气缸的选择……………………………………………………3.2.5对伸缩导杆的校核……………………………………………..123.2.6配重算………………………………………………………………3.2.7升降部分计算…………………………………………………………..3.2.8对升降导杆的核算……………………………………………..153.2.9挠度计算…………………………………………………...............3.2.10转台型齿杆式回转摆动气缸的计算……………………………164工业机械手的控制部分设计………………………………………..174．1回路计算………………………………………………………………..4．2执行元件选择…………………………………………………………..4．3控制元件选择…………………………………………………………..4．4执行元件用气量的计算和空压机的选择…………………………214．5气动元件的清单……………………………………………………….4.6动作顺序表………………………………………………………….目录IV电气控制系统设计………………………………………………………..5．1电气控制方案设计和元件的选择……………………………………255．2PLC控制系统设计及PLC及I/O端口分配图的设计………….5．3PLC梯形图的设计………………………………………………………5．4PLC的控制程序………………………………………………………..总结致谢参考文献第一章引言-1-第一章引言1.1课题来源及现实意义该课程设计是机械及机械控制理论及课程教学计划的实践学习的过程，是对这几年课程知识的综合考验与考察，是对我们的一个综合检测。本课题即搬运机械手与控制系统的设计是典型的机械、机电为一体的综合设计产品，该课题几乎设计了我所学的所有课程。涉及的领域包括了机械的几乎所有专业课，例如液压与气压传动技术、工厂电气控制技术、PLC技术等等课程。该毕业设计将系统的反应机械与控制的紧密联系。应用搬运机机械手有利于实现材料的传送.共建的装卸.刀具的更换以及机器的装配的自动化的程度的提高，因此可以提高劳动生产率和生产本。搬运机械手也可以改善劳动条件，避免人身安全。在高、高压、低温、低压等恶性环境下的场合中，应用人手直接操作是非常危险或基本不可能的任务，从而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得到改善和提高。最终可以减轻人力，便于有节奏高效的生产。通过运用两年来所学的机械.电气.气动PLC.计算机等有关知识，学会根据实际问题需要确定设计方案，构思机械结构，完成程序设计及调试通过本次毕业设计，将使我掌握写论文的一般步骤及方法。同时也锻炼了我在遇到困难时冷静分析。独立思考及解决问题的能力，而且培养了我和同学相互讨论，相互学习的习惯。1.2搬运机械手的技术概述1.2.1搬运机械手的原理搬运机械手是一种模仿人类手动作，并按设计者设定的程序、轨迹和要求代替人直接搬运工件或操持工具或搬运工件的自动化装置。1.2．1机械手的分类现在机械手的种类，可按驱动方式划分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手等等；按适用范围可划分为专用的机械手与通用的机械手两类；按第一章引言-2-运动的轨迹控制方式可化分为点位控制方式和连续轨迹控制搬运的机械手等等。以下对各类机械手进行简要介绍。对于液压机械手——输出力矩大，传动平稳可靠。若采用电液伺服机构控制，可以实现连续的轨迹控制。液压系统的密封要求很严格，油温对油的粘度影响也很大。对于气压机械手——气源方便取之不尽用之不竭，但输出力比较小，气压传动速度较快，结构简单、成本低廉。但工作时稳定度低，冲击力很大，在同样抓重物条件下它比液压控制的机械手的结构大的多。对于电动机械手——是用直接用直线电机或功率步进电机和具有特殊结构的感应电动机等来驱动，动力源简单易于获取，不再需要多余的能量转换机构，维护使用方便可靠。对于机械式机械手——由工作机械带动机械手工作，工作稳定可靠，结构简单易于制造，成本适中，但动作路线固定不可变。对于点位控制——点位控制只能控制机械手运动的几个点的相对位置，运动轨迹不受控制。目前大多使用的专用机械手和通用的机械手均属于点位控制。对于连续控制——大部分工业的机械手按给定的速度沿给定的轨迹路线实现平稳而且准确的运动。主要特点是设定点是无限的，整个运动过程都要在PLC控制之下。此类工业机械手一般采用小型计算机进行控制即可。1.3搬运机械手在国内外现状和发展趋势在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手工业机械手是在第二次世界大战中发展起来的，开始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种旧式的主从型的控制系统。1958年美国的联合控制公司研制出世界上的第一台机械手。它的结构简单：机体上安装一个回转的长臂，机械手端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的；至到1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上进一步改进设计，又试制成一台新型的数控示教再现型机械手。运动系统仿造了坦克的炮塔，臂可以回转、伸缩，用液压气压等驱动；美国联合公司控制系统用第一章引言-3-磁鼓做储存装置。因此不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展设计起来的；普曼公司专门生产工业用机械手，联邦德国机器制造业是从1970年开始应用制造机械手的，主要用于工厂的起重运输、焊接和设备的上下料等工厂作业：联邦德国K公司还生产过一种点焊式的机械手，采用关节式结构和PLC等程序控制；日本是工业机器人发展最快最先进的，应用国家也是最多的国家，自1969年从美国引进两种典型工业机械手后，开始大力发张从事机械手的研究工作，目前已经成为世界上工业机械手最发达应用最多的国家之一。当今世界机械手的发展仍在迅猛发展。我国的工业机械手的研究研发开发始于20世纪70年代左右。1972年我国的第一台工业机械手开发制造于上海，随着全国各省都开始研制和研发应用机械手。自从第七个五年计划的开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中并作为重点项目，并且为此项目投入大