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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作毕 业 设 计课 题 名 称 多用搅拌机械手设计分 院/专 业 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX班 级XXXXXXXXXXXXX学 号 XXXXXXXXXXXXXXXXX学 生 姓 名XXXXXXXXXXXXXXXX指导教师：XXXXXXXXXX XXXX年XX月XX日摘要随着市场化程度的逐渐提高，越来越多的企业开始在自己的工厂内部实行自动化，不仅仅在于能够大幅度提高产品的生产速率，也能提高产品的质量，越来越多的机器人已经被越来越多的工厂所接受并开始大规模的使用。一个国家的机器人的使用程度、应用规模和技术水平也能深刻地反映这个
2、国家的自动化工业水平。目前，常用的搅拌设施虽然可以满足施工的要求，但是比较笨重，不能灵活操作。因此，针对这种状况我们此次设计的搅拌设施比较灵活，还通过电气自动化技术的应用使得搅拌设施更加智能化。本次设计主要包括机械手总体结构的改进方案，以及对机械手的结构进行调整然后设计出全新的搅拌手。随后按照设计的图纸产生出气动原理图。然后，根据实际应用的环境对搅拌机械手的控制PLC电路进行设计。关键词：搅拌机械手；气压传动；可编程控制PLCIAbstractWith the gradual increase in the degree of marketization, more and more comp
3、anies have begun to implement automation within their own factories, not only to significantly increase the production rate of products, but also to improve the quality of products. More and more robots have already It was accepted by more and more factories and began to be used on a large scale. Th
4、e degree of use, the scale of application, and the level of technology of a countrys robots can also profoundly reflect the countrys level of automation. At present, although the commonly used stirring facilities can meet the construction requirements, they are relatively bulky and cannot be operate
5、d flexibly. Therefore, in view of this situation, we have designed agitation facilities that are more flexible and also make the mixing facilities more intelligent through the application of electrical automation technology.This design mainly includes the improvement of the overall structure of the
6、robot, as well as the adjustment of the structure of the robot and the design of a new mixing hand. Then, according to the design drawings, a pneumatic schematic is produced. Then, according to the actual application environment, the control PLC circuit of the mixing robot is designed.Key words: Mix
7、ing Manipulator Pneumatic Drive Programmable Control PLC II目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 研究目的11.3 设计的主要内容1第2章 总体结构与设计方案32.1 设计主要参数32.2 搅拌机械手总体结构方案32.3 搅拌机械手驱动方案确定42.4 搅拌机械手控制方案确定5第3章 机器人本体及机械手设计63.1搅拌机器底座设计63.2 第一关节的设计6 3.2.1 结构设计6 3.2.2 回转气缸工作压力计算7 3.2.3 上升丝杠的选型7 3.2.4 滚动轴承的选择83.3 第二关节的设计9
8、3.3.1 结构设计9 3.3.2 双活塞式气缸选型93.4 第三关机的设计10 3.4.1 结构设计10 3.4.2 气动马达选型103.5 搅拌机械手结构设计113.6 搅拌机械手快换装置设计12第4章 气动回路系统设计134.1气动回路设计134.2 气动回路工作流程134.3 气动回路元件选择14第5章 PLC控制系统设计155.1 机械手动作过程分析155.2 控制面板设计155.3 输入输出分配设计165.4 元器件选型175.5 电气原理图175.6 程序设计17总结19致谢20参考文献21附录22符号表22PLC程序23第1章 绪论1.1 研究背景及意义在现代工业生产过程中，经
9、常会使用机械帮助人工进行生产，搅拌机作为一款非常实用的设备广泛应用在建筑工地、化工生产、医疗器械等行业中。当前，针对不同的工作环境开发的功能结构不同的搅拌机已经有上百种，但是这些搅拌机大多都是定做的，因此使用的局限性太大，设计生产一种型号的搅拌机往往只能在一种特定的场合使用，并且建筑工地使用的搅拌机体积太大、灵活性很差，所以在长途运输或者转移工地的时候会有很大局限性。针对以上种种弊端，我们决定在旧型号的搅拌机基础上对其进行改造，使得搅拌机行业焕然一新。工业中应用的机器人可以通过外部控制设备进行引导开展工作。随着工业化水平不断提高，在实际生产中对机械手的精度要求也不断提高，本设计的是用于搅拌机机
10、械手臂的机器人模型。在传统搅拌机上通过使用机器人控制系统，使得原功能单一的搅拌机械手产生更多实用的功能，并且提高系统自动化程度。因此，本设计有很好的可行性。1.2 研究目的此次搅拌机械手的设计结合了多种技术，主要有数控技术，自动化技术，机械设计技术。通过多种技术的结合设计出一款性能优异的搅拌机械手。此产品的设计过程包含许多理论知识的支撑，因此有很好的实习意义，可以通过此次设计将自己所学的知识进一步加深，即从理论出发扩展应用到实际生产过程。现在常见的搅拌机基本都是只能使用在特点场合的，并且过于笨重，操作过于麻烦，不能实现自动化生产。面对目前快节奏的生产过程，我们必须对老款搅拌机械手进行改造以提高
11、其生产效率。所以结合大学所学知识，对机器进行改造，设计出一种能够在多个场合使用的搅拌手。此设计使用的传动方式为气压传动配备有PLC控制技术，使得机器变得更加灵活自动。本设计只需要通过改变程序就可以在不同的工作环境中使用，节约了生产费用，并且还提高了工作的效率。 1.3 设计的主要内容本次设计的主要过程包括：（1）对搅拌手总体结构进行规划，评估设计的可行性。（2）设计主要的框架结构，主要包括支座、旋转轴、升降臂、伸缩装置等；（3）设计末端的手臂，主要为搅拌手的设计以及搅拌手和本体结构连接方式的选定。（4）设计电器元件，主要有电路系统的设计、搅拌装置气缸的设计、以及气动原理图的绘制。（5）装置PL
12、C控制电路的设计，主要有PLC电路的连接，PLC电路类型的选择。然后给出总体的流程图。2第2章 总体结构与设计方案2.1 设计主要参数机器人主要部件的参数：（1）支座设计为有四个可以自由旋转的轮子的形式，在机器位置变更的时候会更加便捷。（2）第一关节回转气缸： 0360升降总量： 567 mm升降速度： 83 mm/s（3）第二关节双活塞气缸 伸缩总量： 210 mm伸缩速度： 30 mm/s（4）第三关节使用气动马达提供动力 回转速度：无极变速2.2 搅拌机械手总体结构方案此型号的机械搅拌手拥有三个可以自由活动的关节，前两个关节在工作过程中一直按照直线的路径来回反复，带动气缸工作。第二个关节
13、成旋转形态运动，旋转的中心为机器的轴，关节的大小取决于气缸的具体参数。第一个气缸关节是回转式结构，此方式是把机器底座和气缸进行连接，在运动的过程中机器底座会将力通过丝杆传递到气缸上，带动气缸运动；第二个气缸关节使用的也是丝杆进行连接，关节运动的力来自于气体从气缸里面往复进出的气体；第三个采用的是旋转的叶片带动气缸的运动，方法是把叶片安装在固定的地方，然后转子的运动会带动垂直方向的搅拌杆进行往复运动。以上即为搅拌手在一个工作周期内的运动路径。搅拌机械手具体的设计图如2-1所示：图 2-1搅拌机械手具体的设计图1-第一关节 2-第二关节 3-第三关节 4-搅拌机叶片 5-滚筒2.3 搅拌机械手驱动
14、方案确定机械手气压马达减速装置空气压缩机控制调节装置气 泵左右回转气缸前后伸缩气缸回转运动结构设计最主要的是对电动机、轴承和联轴器等设计。通常使用的动力提供装置有电动形式、液压传动、气压传动三种方式。这三种方式都有各自的特点，本次设计的是食品加工中使用的搅拌机械手，所以应该考虑到食品安全卫生问题，应该采取比较环保的方式。在以上三种方式中，使用电机进行作为动力提供装置的需要安装齿轮等零件，但是齿轮上面一般都会添加润滑油作为润滑剂，在使用的过程中润滑油可能会泄露到食品搅拌釜中，所以不予考虑。对于液压形式，同样在工作的过程中也可能由于操作失误导致压力过大，造成液压油的泄露，同样不适用于食品搅拌加工。
15、因此本设计使用气压传动的动力提供方式最为合适，气压传动的原理就是把空气经过压缩，然后再排放出产生动力差提供动力，这种方式即使发生了过载的现象也不会产生对食品卫生有害的物质，所以十分适用。并且气动的方式结构简单，成本低廉。因此经过综合考虑采用气动传动。此装置的主要元件有气缸、马达等。设计的方案图如2-2所示：图 2-2 驱动方案结构图2.4 搅拌机械手控制方案确定 一个系统的控制方案，决定了一个装置的自动化程度，在本设计中选择一个合理的控制体系能够保证机械手臂在工作的时候处于正确的位置，并且可以根据实际的情况进行调整。经过综合考虑，我们决定使用单片机或者是PLC电路对机械手臂的运动路径进行控制。PLC是一种结合了先进的电脑技术、同时运
