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1、 院系别 中德机电学院 专 业 机电一体化 班 级 机电1004 姓 名 李 康 学 号 100101134 指导教师 赵 振 荣 毕业设计论文报告题 目 零件分拣装置设计机械手的结构设计摘 要本文简要介绍了机械手的概念，机械手的组成和分类，国内外的开展状况及开展前景。本文对机械手进行总体方案设计，结合生产实际及理论确定了机械手的结构及动作过程，坐标型式和自由度数，并列出了机械手的技术参数。设计出了机械手的驱动方案、控制方案，在进行控制方案的选取时进行了不同方案的优缺点的比照，最后确定了具体的控制方案。在进行机械手控制器件的选取时，对控制器件选择进行了详细的分析，如对步进电机参数的具体选取。最
2、后介绍了利用可编程序控制器对机械手进行控制，同时表达了可编程序控制器选取原那么及工作过程，并绘制出了可编程序控制器外部接线图。在用可编程序控制器控制时分为手动和自动两种工作方式，并绘制了自开工作方式的顺序功能图。 关键词 机械手的概念，机械手控制器件，可编程序控制器PLCTHREE DEGREES OF FREEDOM MANIPULATOR DESIGN ABSTRACT This paper introduces the concept of robot, robot the composition and classification of domestic and internatio
3、nal developments and prospects. In this paper, an overall robot design, combined with production practice and theory to determine the structure of the manipulator and the action process, coordinate types and degrees of freedom, and lists the technical parameters of the manipulator.Designed a manipul
4、ator-driven program, control program, control program during the selection of different options when comparing the advantages and disadvantages, and finally determine the specific control program. Manipulator control device during the selection, the control device on a detailed analysis of options,
5、such as the specific selection step motor parameters. Finally, the use of programmable logic controller to control the manipulator, taking account of the principles of PLC and process of selection, and draws out the external wiring diagram of PLC. Programmable Logic Controller in use when the work i
6、s divided into two kinds of manual and automatic mode, and the mapping of the automatic work order function map.KEYWORDS The concept of robot, robot control devices, programmable logic controller 目录一、 引言31.1机械手概述41.2机械手的组成和分类41.2.1机械手的组成51.2.2机械手的分类5二、三轴联动简易机械手的结构及动作过程52.1机械手的结构62.2机械手的动作过程82.3机械手的驱
7、动方案设计92.4机械手的控制方案设计92.5机械手的座标型式与自由度102.6机械手的技术参数列表10三、控制器件选型113.1步进电机及其驱动器的选择113.2 直流电机及其驱动器的选择12四、机械手的PLC控制设计134.1可编程序控制器的选择134.2可编程序控制器的工作过程14总 结16致 谢17参考文献18附 录19一、 引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛开展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速开展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统平安可靠等特点
8、，已渗透到工业领域的各个部门，在工业开展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械局部组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。 随着工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。机械手能模拟人的手臂的局部动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。1.1机械手概述机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁
9、重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身平安，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。随着工业机械化和自动化的开展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。 机械手实例1.2机械手的组成和分类1.2.1机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大局部组成。手部是用来抓持工件或工具的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动摆动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为
10、机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。1.2.2机械手的分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二
11、类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来开展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand，它是为主机效劳的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人二、三轴联动简易机械手的结构及动作过程2.1机械手的结构机械手结构如以下图1所示，有气控机械手(1)、XZ轴丝杠组(2)步进电机等组成。其运动控制方式为：三自由度机
12、械手为圆柱坐标型。图1为机械手结构示意图，(1)气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2) 机械手手臂的左右运动左右方向由步进电机驱动丝杠组件完成，上下运动(垂直方向)由升降步进电机控制；(3) Z轴方向的步进电机丝杠传动机构能带动机械手及丝杠组自由移动(其电气拖动局部由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)Z轴步进电机基座主要支撑以上3局部；(5) 机械手的夹紧装置采用关节结构，气控机械手的张合由气压控制压驱动，并由电磁阀控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。机械手可以根据设定程序的动作将工件从A处搬运到B处。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6为水平和垂直方向上的限位开关，S
13、Q3，SQ4为原点位置和终点位置的光接近开关。如图以下图所示。1将旋钮拨至Auto状态将旋钮开关拨至Auto触发系统自动状态模式。状态灯绿灯闪烁。2按下Start按钮传感器-B7和-B8检测无工件，按下Start按钮循环启动开始。状态灯绿灯闪烁。3循环动作循环开始初始状态Step1机械手接受到Start或Setp16传感器-B5产生的信号，机械手Z运动至原点。运动动作完成标志位置1后那么触发下一步。4Step2动作1完成后，如果机械爪处于张开状态，驱动气缸-2A缩回使机械爪抓紧；如果机械臂处于伸出状态，驱动气缸-1A缩回使机械臂缩回；如果送料仓处于伸出状态，驱动气缸-3A缩回使送料仓缩回。检测
14、机械爪抓紧的传感器-B3检测有信号且检测机械臂缩回的传感器-B1检测有信号且检测送料仓缩回的传感器-B5检测有信号那么触发下一步。5Step3动作2完成后，触发机械手X运动至原点。运动动作完成标志位置1且储料仓传感器-B6检测有工件且送料仓传感器-B7和-B8检测无工件那么触发下一步。6循环动作Step4动作3完成后，触发机械手X运动至POS.1点。运动动作完成标志位置1那么触发下一步。注：机械手X原点至POS.1点之间的距离应根据储料仓安装的位置由考生实际测得。7Step5动作4完成后，触发气缸-1A伸出使机械臂伸出，同时触发气缸-2A使机械爪张开。检测机械臂伸出的传感器-B2检测有信号且检测机械爪张开的传感器-B4检测有信号那么触发下一步。8Step6动作5完成后，触发机械手Z下降运动至能顺利抓取工件。运动动作完成标志位置1后触发时间继电器暂停2S，2S后那么触发下一步。注：机械手Z下降的距离应根据机械爪与工件之间的位置由考生实际测得。9Step7动作6完成后，触发气缸-2A缩回使机械爪抓紧。检测机械爪抓紧的传感器-B3检测有信号后触发时间继电器暂停2S，2S后那么触发下一步。10Step8动作7完成后，触发机械手Z上升运动至原点。运动动作完成标志位置1那么触发下一步。11Step9动作
