《四自由度的机械手-学士学位论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四自由度的机械手-学士学位论文（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、装订线毕业设计(论文)摘要本文将设计一台四自由度的机械手，它的主要的功用就是进行皮带轮间的物料传送。本文从介绍机械手出发，根据设计思路，完成了机械手的传动设计、驱动方式设计、控制系统设计。而在这几个大方面中，机械手的传动设计分为四个自由度的运动设计：旋转、伸缩、升降和夹放。通过对作用在机械手上的载荷力的计算，以及气动系统回路以及控制系统的设计，从而实现机械手自动工作：自动进行判断、物料传送过程、复位、单步和单周期等一系列动作。关键词 机械手，传动设计，驱动设计，控制系统设计Abstract This paper will design a four degree of freedom mani
2、pulator, the main function is to transfer material between the pulley. Starting from the instruction of the manipulator, according to the design ideas, I finished the transmission design, drive mode design and control system design. And in this several aspects, of the manipulator transmission design
3、 can be divided into four degrees of freedom movement design: rotation, adjustable, lift and clip put. Through to the effect of load in mechanical hand force calculation, and pneumatic system loop and the design of control system, so as to realize the automatic robots work: automatic judgment, mater
4、ial transfer process and reset, a single step and single cycle and a series of actions.Keywords manipulator, transmission design, drive mode design, control system design1装订线毕业设计(论文)目录1 绪论11.1机械手的历史11.2 机械手的组成21.3 机械手的分类22 物料传送机械手设计总体方案42.1 物料传送机械手设计要求42.2 基本设计思路42.2.1 系统分析42.2.2 总体设计框图52.3 物料传送机械手结
5、构设计62.3.1 物料传送机械手坐标形式的选择62.3.2 物料传送机械手的动作过程及时间分配62.3.3 物料传送机械手的基本参数72.4 物料传送机械手驱动与控制系统分析82.4.1 驱动方式的选择82.4.2 控制系统的选择83 物料传送机械手机械结构设计与计算93.1 物料传送机械手手爪设计93.1.1手爪结构及传动设计103.1.2 手爪部分必要计算113.2 物料传送机械手手臂设计143.2.1 伸缩机械臂的设计143.2.2 升降机械臂的设计153.2.3 旋转机械臂的设计173.3 物料传送机械手底座结构174 气压驱动回路设计195 物料传送机械手控制系统的设计215.1
6、PLC简介215.2 PLC工作原理215.3 PLC机型的选择215.3.1 PLC机型的选择225.3.2 所选PCL的参数225.4 PLC控制面板的拟定245.5 机械手工艺过程和控制方案的确定245.4.1 明确工艺要求245.4.2 确定工艺流程255.4.3 传感器选择275.4.4 确定I/O点数275.5 PLC程序编写285.5.1 总体程序设计思路285.5.2手动程序的编写295.5.3 复位程序的编写305.5.4 自动控制程序的编写335.5.5 程序的调试35参考文献36致答谢词37附录38附录一：电气原理图38附录二：机械手装配图381 绪论1.1机械手的历史机
7、械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国
8、联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国
9、KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节。1.2 机械手的组成 一般来说，机械手主要有以下几部分组成： 1. 手部(或称抓取机构)：包括手爪、传力机构等，主要起抓取和放置物件的作用。 2. 传
10、送机构(或称臂部)：包括手腕、手臂等，主要起改变物件方向和位置的作用。 3. 驱动部分：它是前两部分的动力，因此也称动力源，常用的有液压、气压、电力和电机四种驱动形式。 4. 控制部分：它是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序(程序)、位置和时间(甚至速度与加速度)等。 5. 其它部分：如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。1.3 机械手的分类 机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为： 1. 按使用范围分类： (1) 专用机械手 一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料机械手”
11、、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等。这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。 (2) 通用机械手 指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工具的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型。 2. 按运动坐标型式分类： (1) 直角坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩(定为沿X方向的移动)、左右移动(定为沿Y方向的移动)和上下
12、升降(定为沿Z方向的移动)； (2) 圆柱坐标式机械手 手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动，又可绕Z轴转动(定为绕Z轴转动)，亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动； (3) 球坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标轴X方向移动，还可以绕Y轴和Z轴转动，亦即手臂可以前后伸缩(沿X方向移动)、上下摆动(定为绕Y轴摆动)和左右转动(仍定为绕Z轴转动)； (4) 多关节式机械手 这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接(肘部)以及大臂和机体的连接(肩部)均为关节(铰链)式连接，亦即小臂对大臂可绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动。 3. 按驱动方式分类： (1) 液压驱
13、动机械手 以压力油进行驱动； (2) 气压驱动机械手 以压缩空气进行驱动； (3) 电力驱动机械手 直接用电动机进行驱动； (4) 机械驱动机械手 是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式。 4. 按机械手的臂力大小分类： (1) 微型机械手 臂力小于1； (2) 小型机械手 臂力为110； (3) 中型机械手 臂力为1030；(4) 大型机械手 臂力大于30。 我所设计的物料传送机械手，是以运送物料为目的的圆柱坐标式四自由度机械手。它采用气压与机械传动两种驱动方式，属于小型机械手。2 物料传送机械手设计总体方案2.1 物料传送机械手设计要求图1 机械手工作示意
14、图(1) 初始状态，按启动按钮传送带A开始传送物料，光电传感器开始工作，机械手回原点。(2) 当光电传感器检测到有物料时，传感器将信号传给机械手，机械手开始工作。(3) 机械手从初始位置开始运动，通过机械手臂的旋转，机械手抓伸出，机械臂下降，机械手抓抓紧来获得传送带A上的物料。(4) 获得物料后，通过机械臂升降，机械手抓的伸缩，机械臂旋转，机械手抓的放松，将物体运送到传送带B上。(5) 机械手完成这一系列动作后，开始重复工作。2.2 基本设计思路2.2.1 系统分析机械手是实现生产过程自动化、提高劳动生产率的一种有力工具。要在一个生产过程中实现自动化，需要对各种机械化、自动化装置进行综合的技术和经济分析，从而判断机械手是否合适。所以要完成机械手的设计，一般要先做如下工作：(1) 根据机械手的使用场合，明确机械手的目的和任务。(2) 分析机械手所在的系统工作环境。(3) 认真分析系统的工作要求，确定机械手的基本功能和方案，如机械手的自由度数目、动作速度、定位精度、
