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1、目 录 摘要1 关键词1 1前言1 2机械手的基本要求及相关计算4 2.1对机器人整体的设计要求 4 2.2零件的基本要求及参数4 3 机械手原理分析、方案确定及材料选择 5 3.1驱动方式5 3.1.1液压驱动5 3.1.2电机驱动6 3.2传动方式6 3.2.1带传动6 3.2.2链传动7 3.2.3齿轮传动7 3.2.4蜗杆传动7 3.3机械手结构8 3.4机械手材料10 3.4.1机械材料选用原则10 3.4.2材料的工艺要求10 3.4.3零件材料从材料选用原则的使用要求、加工要求和经济要 求11 4机械手的计算12 4.1机械手零件尺寸及强度计算及校核12 4.1.1机械手爪的受力
2、分析12 4.1.2丝杆的尺寸计算13 4.2齿轮的选择及计算13 4.2.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数13 4.2.2按齿面接触强度设计14 4.2.3按齿根弯曲强度设计164.2.4几何尺寸计算17 5锥齿轮的几何尺寸设计计算17 5.1大端模数17 5.2其他参数18 6轴的设计19 6.1初步估算中间轴的最小直径19 6.2求轴上的载荷20 6.3画弯矩图、转矩图21 6.4按第三强度理论进行强度校核22 6.5校核轴的疲劳强度22 6.6轴的疲劳强度安全系数校核25 6.7轴的刚度校核26 6.8蜗轮蜗杆的计算及校核27 7轴承选取与寿命计算28 8 PLC概述30 8.1
3、PLC的定义30 8.2PLC的由来及发展31 8.3PLC的特点及用途32 9控制系统的功能要求34 9.1机械手的结构34 9.2硬件系统设计36 9.3 PLC的选型37 9.3.1PLC的I/O资源配置38 9.3.2其他资源设置39 9.3.3总体流程设计40 9.3.4各个模块梯形图设计41 结论55 参考文献 55 致谢57 附录57 PLC控制的通用平移机械手设计 学 生：尹懋全指导老师：周光永（湖南农业大学工学院，长沙 410128）摘要：机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，
4、设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的图纸设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。关键词：机械手 PLC 机械传动General Translational Manipulator Design PLC ControlStudent:Yin MaoquanTutor:Zhou GuangyongAbstract:Design of manipulator mechanical structure design, sensor detection system design and control system
5、 design, is a comprehensive application of mechanical, electronic, detection, control and computer technology. This topic through the analysis of the design requirenments, design the overall scheme of the manipulator, focuses on the design of hand structure and the design of hardware and software of
6、 control system, completed the design drawings of the system work. The realization of the basic functions of the conveying manipulator, reached the expected requirements, and has a good application prospect.Key words:Manipulator PLC Mechanical transmission1 前言1.1 研究的目的和意义近20年来，机械手技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自
7、动化生产线上得到广泛应用。机械手电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求，国内外都在大力开发研究。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，机械手的应用领域现代汽车制造业、彩电和冰箱等家电行业及食品药品行业，他的应用前景非常广。1.2 国内外的发展状况1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家Gerge Dev取得了附有重放记忆装置的第一台机械手的专利权，该设备能执行从一点到另一点的受控运动(即点一点运动)，这被认为是“机器人时代”的开始。
8、五年后，普兰耐特公司出售第一台工业用机器人。60年代中期，随着机器人学这一新领域的发展，在麻省理工学院、斯坦福大学、斯坦福研究所(SRI)，以及苏格兰爱丁堡大学这样的理工学院中，出现了好几个研究中心，并出现了涉及人工智能的研究课题。1970年，机器人学界早期的改革家之一，Victor Schemnna在斯坦福大学演示了一种计算机控制的工业机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。它非常先进，技术很复杂，迄今还被很多研究中心使用。70年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在日本，有了广泛的应用。由工业机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动生产率，提高和稳定了产品
9、质量，大大缩短了产品更新换代的周期。这些应用在很大程度上激发了人们对机械手的研究和开发，它的技术也因此取得了长足的进步。80年代，人们为了让机器人技术向各行各业扩展、应用，于是有了用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域的机器人。应用于这些领域的机器人，绝大多数都是由机械手和与之对应的安装平台组成的。到了上世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展和它们之间的相互整合，机械手技术得到了飞速发展。除了工业机械手水平不断提高之外，各种用于非制造业的特种机械手也有了长足的进展。现代控制理论使得机械手控制系统的性能进一步提高。传感器技术的发展和应用大大的
10、提高了机械手的作业性能和对环境的适应性。网络通信技术实现了多个机械手的协调工作，也使得机械手山过去的专用设备向标准化设备发展。微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机械手的可靠性有了很大的提高。还有通过诸如模态分析、有限元分析及仿真设计等现代设计方法的运用，某些领域的机械手已经实现了优化设计，在这个方面做的比较突出的是德国的KUKA公司。罗斯罗卡公司研制的“罗德”轮式机器人。该机器人可用于清理雷场和移动机器人操作机械手设计与分析处理炸药等危险物品。该车长1.4m、宽0.67m、重350kg、(6x6)驱动、动力装置为1台电动机，车上供电蓄电池可使用2h，车速(前进或后退)可在06.skm/h之间连续变化。车上装有活动操作臂，有6个自由度，固定在机器人车的旋转塔上。操作臂不伸长时可吊重80kg，伸直时最长为1.ms，此时可吊重16kg。操作臂顶端装有夹爪，夹紧力可达30kg，能把物体提升至2.75m高。该车采用100m(或250m)长的电缆或无线电装置进行遥控。操作手完成整个操作过程必须借助1台黑白或彩色电视显示器，显示车上3个摄像机获得的监视驾驶、操作臂控制和夹爪操作的图像。车上装有两个卤气探照灯，可在夜间或能见度很低的地区使用。我国的机械手研究与开发工作起步较早，曾经有过一些成果，但在产业化和应用上，一直步履
