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1、本科毕业论文（设计）基于PLC控制的自动生产线工件搬运机械手设计学 院： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 08 级 学 号： 学生姓名： 指导教师： 李建雄 2012年 06 月 8 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 目 录摘 要IIIAbstractIV第一章绪 论51.1选题背景51.2设计目的51.3国内外研究现状和趋势61.4设计原则7第二章设计方案拟定
2、和详细设计计算82.1本机械手设计参数列表82.2机械手手部设计计算92.2.1 手部设计基本要求92.2.2 手部力学分析92.2.3 夹紧力及驱动力的计算102.2.4 机械手手抓夹持精度的分析计算122.3 机械手腕部设计计算132.3.1 腕部设计基本要求132.3.2 腕部结构的选择142.3.3 腕部回转力矩的计算142.4 机械手臂部设计计算182.4.1 机械手臂部设计的基本要求182.4.2 手臂的典型机构以及结构的选择182.4.3 手臂伸缩驱动力计算192.4.4 手臂伸缩油缸结构的确定212.4.5 油缸端盖的连接方式及强度计算232.5 机身设计与计算252.5.1
3、机身的整体设计252.5.2 机身回转机构的设计计算262.5.3 机身升降机构的设计计算29第三章 机械手液压系统设计333.1 液压驱动系统工况计算333.1.1 绘制液压系统的工况图333.1.2 计算和选择液压元件373.2 液压系统总体图设计393.2.1 此液压系统的特点403.2.2 液压系统的分析403.2.3 液压系统工作原理42第四章 机械手电气系统设计474.1 继电器-接触器控制线路的设计474.2 一些低压电器的选择504.3 机械手控制操作面板51第五章 机械手PLC控制系统的设计535.1 可编程控制器简介及应用535.2 可编程控制器控制系统设计的基本原则535
4、.3 可编程控制器系统设计的步骤545.4 梯形图控制程序575.4.1 控制程序的结构框图575.4.2 手动控制程序585.4.3 自动控制程序59总 结61参 考 文 献62致 谢63基于PLC控制的自动生产线工件搬运机械手设计摘 要机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，并且生产速度大大延缓，所以采用机械手是很有效的。本机械手主要用于金属工件的搬运工作，能够配合机床（如锻床、数控机床、组合机床）或装配线等进行重量不大于30公斤的圆柱
5、形工件搬运。本机械手为液压驱动，采用圆柱坐标系结构，具有4个自由度。本设计首先对机械手的各个部分进行了详细设计计算，选定液压缸和末端执行机构后，对连接结构进行了详细设计和强度校核。其次对机械手的液压系统进行设计，在液压系统的基础上对电气控制系统进行了合理设计和布线，最后用三菱PLC编程控制电气系统的各执行元件从而控制液压系统电磁阀的动作。到达搬运机械手搬运工件的最终要求。关键词：机械手，搬运，液压，PLC。Based on PLC automatic production line of workpiece carrying manipulatorAbstractRobots can repl
6、ace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and automation level. Industrial production has seen the heavy work handling and long-term frequent, drab operation, if not manipulator so labor intensity is high, and p
7、roduction speed greatly retard, so using manipulator is very effective.This manipulator is mainly used for metal workpieces handling work, can match with machine tools (such as forging bed, nc machine tools, combination machine tools) or assembly line of weight is not more than 30 kg cylindrical wor
8、kpieces handling. This manipulator for hydraulic drive, using cylindrical coordinate system structure, has four degrees of freedom. The design of manipulator first each part of the detailed design calculation, select the hydraulic cylinder and end actuators, connected to the structure and strength c
9、heck the detailed design. Based on the hydraulic system design of the manipulator, in the hydraulic system on the base of the electrical control system is the reasonable design and wiring, and finally with mitsubishi PLC programmable control of the electric system to control the executive components
10、 of hydraulic system electromagnetic valve movement. The porter carrying manipulator to a final requirements.Keywords: Manipulator, Handling, Hydraulic, PLC第一章 绪 论1.1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的
11、发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我
12、国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低
13、。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。1.3 国内外研究现状和趋势目前，在国内外各种机器人和机械手的研究
14、成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：A机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。B工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。C机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。D关节式、
15、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； E焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。1.4 设计原则在设计之前，必须要有一个指导原则。这次毕业设计的设计原则是
