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1、三自由度机械手设计摘要 在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。机械手是机器人的操作机，是机器人完成各种任务的执行机构。 本文主要针对生产线上的自动化设计了一个三自由度搬运机械手，实现生产的自动化。减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 该机械手采用电机驱动，实现了伸缩、升降、旋转等动作。为了现实这些动作，采用部件设计，分别实现这些动作。比如了为实现伸缩这个动作，设计了一个水平伸缩机构。PLC把各个部件的独立运动协调起来，形成了一个有规则运动系统。各个部件的联接，先铸造出一个合格的机械本体
2、，把各个部件安装在机械本体上，形成一个机器。控制系统采用PLC控制。关键词： PLC；三自由度；工业机器人。全套图纸加扣3012250582A design of three degree ManipulatorAbstract Industrially, voluntarily control system has extensive application, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electrom
3、echanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry.Manipulator is the operation of the robot, it is the actuator of robot complete various tasks. This paper has designed a four free degrees carry manipulator for the automation on production line, realize the automation
4、of production. it alleviated the labour strength of worker, it raised labor productivity.This manipulator drives with motor, have realized to stretch out and draw back , rise to fall , spin , clip etc. the achievement of these movements. Design with parts, realizes these movements. For example to re
5、alization flex movement, have designed a horizontal telescoping mechanism. PLC coordinates the independent sport of every parts, formed a regular sport system. The coupling of every parts, casting makes a acceptable mechanical body, Install every parts in mechanical body, become a machine. Control s
6、ystem adopts PLC control, Program compiles with T .Key words: PLC；three degrees of freedom；Industrial robot i目录摘要iAbstractii目录I第一章 绪论1第二章 滚珠丝杠螺母副的选型3第一节 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型3一、 计算进提升率引力3二、 计算最大动负载4三、 滚珠丝杠螺母副的选型5四、 传动效率的计算6五、 刚度验算6第二节 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型8一、 计算进伸缩率引力Fm8二、 计算最大动负载C8三、 滚珠丝杠螺母副的选型9四、 传动效率的计算9五、 刚
7、度验算9第三章 齿轮传动比的设计计算11第一节 提升机构齿轮箱传动比计算11第二节 伸缩机构齿轮箱传动比计算11第三节 涡轮蜗杆传动的设计计算12一、 面接触疲劳强度设计12二、 涡轮蜗杆的主要参数和几何尺寸设计14三、 齿根弯曲疲劳强度的校核14四、精度等级公差和表面粗糙度的确定15第四章 电机的计算和选型16第一节 步进电机概述16一、 感应子式步进电机特点16二、 驱动控制系统组成16第二节 步进电机的计算及选型17一、 提升机构步进电机的计算及选型17二、 伸缩机构步进电机的计算及选型21第三节 涡轮蜗杆电机的计算及选型25一、 电机的计算及选型25二、 联轴器的计算及选型25第五章
8、接近开关及限位开关的选型27第一节 接近开关的工作原理及选型27一、 接近开关概述27二、 接近开关的选型29第二节 限位开关的工作原理及选型30第六章 机械手PLC控制系统设计32第一节 PLC的基本概念32一、 PLC产生和发展过程32二、 PLC的应用领域33三、 PLC的发展趋势34四、 PLC的特点35五、 PLC的分类36第二节 PLC的工作原理37一、 梯形图编辑38二、 梯形图的格式39三、 PLC梯形图编程格式的特点39第三节 PLC的选型及PLC外部接线图设计39结 论41致谢42参考文献43附录一44附录二58第一章 绪论工业机器人是机械技术、电子技术与计算机技术有机结合
9、在一起形成的一种机电一体化的产品，从其诞生起就受到人们的关心与重视。经过几十年的发展，目前工业机器人技术已经很成熟。工业机器人已从最初在解决劳动密集型工业中单调、重复的体力劳动发展到满足制造业自动化规模生产需要的工作。其应用领域不断扩 大，从最初主要应用于汽车工业发展到现在涉及制造业的各个行业。目前我国国民经济的快速发展，先进制造业已进入一个新的发展阶段。随着经济全球化和我国加入WTO，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际竞争的局面。如何适应快速变化的国内外市场需求，如何以高质量、低成本、快速反应的手段在市场中取得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题，这些问题为工业机器人的应用提供了大的市场
10、需求，促使中国工业机器人的应用市场日趋成熟。近几年来，国外著名的工业机器人制造厂商纷纷加大了在我国的投资和应用技术的投入，对我国的国产工业机器人产业的发展带来了严峻的挑战。我国政府非常重视机器人技术的发展，从“七五”科技攻关及实施863 计划开始，就有计划地组织和发展工业机器人事业，经过20多年的研制和应用，目前在工业机器人的一些机种方面，如喷漆机器人、焊接机器人、搬运机器人、装配机器人和特种机器人都有了长足的进步，基本掌握了工业机器人的设计制造技术和机器人应用中单元和生产线的设计、制造技术，有了一支具有一定水平的技术队伍，奠定了我国独立自主发展机器人产业的基础。但是，我国工业机器人在总体技术
11、上与国外先进水平相比还有很大差距，仅相当于国外九十年代中期的水平。目前工业机器人的生产规模仍然不大，多数是单件小批生产，关键配套的单元部件和器件始终处于进口状态，工业机器人的性价比较低。我国整体装备制造水平不高，制约了我国工业机器人产业的形成和实现规模化的发展。尽管中国工业机器人的需求在逐年增加，但要能为用户提供高质价廉的工业机器人商品，目前在我国尚有较长的路程。首先为了促进中国工业机器人产业的发展，必须在以市场需求为主的前提下，国家在政策上鼓励企业在技术投入和技术改造方面应用国产工业机器人。同时转变现有的机制，建立以适应市场经济所需的工业机器人的产业基地。其次，在国家的科技发展规划中，应继续
12、对工业机器人的研究开发和应用关键、基础部件的研究和产品化给予支持，形成产品和自动化制造装备同步协调发展的新局面。第三，结合我国的国情，加强我国工业机器人应用工程的开发，使之与国民经济的发展密切相结合。经过近十年的努力，我国在工业机器人应用工程的开发方面已具有相当的实力，已有一支了解企业的需求，能开发出符合实际使用条件应用工程，成本低，服务及时，具备与国外公司的竞争能力，因此加强工业机器人应用工程的开发，并围绕应用工程的需要进行工业机器人新产品的开发，使之具有一定的规模化生产能力，这样可以促进我国企业的技术进步和提高竞争力，同时工业机器人的应用也可形成具有一定规模的产业。如果说20 世纪90 年
13、代机床创新的最大成就是发明并联机床的话，那么当今工业机器人在机床上的应用已成为发展的一大趋向。机器人与机床相结合，以往主要是解决工件自动上下料搬运问题，致使机床得以无人化24 小时连续运转。如擅长专机制作的意大利COMAU 公司，他们比较成熟地将缸体及缸盖生产线中的零件搬运，设计成由机器人完成。当然，对工件的抛光打磨、清洗及其它脏、累活也是机器人表现的舞台。去年9 月在汉诺威EMO2005 展览会上，工业机器人的应用非常抢眼，而且它应用的领域也在扩大。然而在这次CCMT2006 展览会上，值得一机器人应用是当今机床发展的一大趋向提的是1 号馆W 1 - 9 1 6 意大利意沃乐EVOLUT 公
14、司，这个欧洲最大的机器人应用与集成公司，他们的一台DC-5 机器人修边、倒角装置特别引人注目。该机器人可以装夹工具对主轴上零件修边去毛刺，甚至机器人可以加装动力源用刀具对零件进行加工，因此它已将机械人传统的搬运、喷漆、焊接工作范围扩展到了金属切削及抛光领域。工作单元还可以配备各种上料方式：如带视频装置可抓取随机摆放的工件，或以旋转台摆放，或以传送带摆放等等。DC-5 工作单元可以处理的最大负荷为120/150kg。适宜加工的金属材料为铝镁合金、铜、铅、铸铁等。可以代替至少四个工人的工作量。3 D 编程软件将以往8 小时编程时间缩减为15 分钟，为小批量多品种的工件提供最好的解决方案。意沃乐公司
15、除此以外最常涉足的领域还有用于压铸单元、车、铣中心单元、复合机床单元、零件抛光单元上的各种机械人应用等等。随着社会的不断发展和进步，势必劳动力的成本将越来越高，对环保及安全的要求将越来越严，所以工业机器人的应用必将与时俱进。而且，由机器人干出的工件，譬如说打磨，其零件的一致性肯定比人工来得好，因此欧洲有些名牌汽车制造商甚至对某些零件的某些工步，规定必须由机器人来操作。由此看来，工业机器人在机床上的应用会将越来越广。第二章 滚珠丝杠螺母副的选型滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型，确定滚珠循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定以后，再计算和确定其他技术参数，包括：公称直径d0,导程，滚珠丝杠的工作圈数，列数，精度等级等。滚珠的循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。滚珠丝杠副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧，双螺母螺纹式预紧，双螺母齿差式预紧，单螺母变导程预紧，以及过盈预紧等。滚珠
