xy两轴螺钉自动装配机械手系统设计(附件)
摘 要机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，目前正被广泛应用于工业生产。本课题主要设计一种X-Y两轴螺钉自动装配机械手，能够使螺钉在平面上按照要求自动装配螺钉。论文研究以X-Y两轴机械手和螺钉装配装置研究为主体，利用可编程控制器作为控制系统的主要控制单元，利用工业控制技术，实现螺钉装配机的全自动控制。采用步进电机和伺服电机相结合的控制方法装配螺钉，使得装配螺钉的速度快，定位精确；拧螺钉效率高。论文首先简要介绍了自动螺钉装配机械手的控制系统及其实现，然后对各部分的结构、功能、工作流程等进行了说明，最后完成电气原理图的设计制作，二维移动机械手的PLC的控制编程及控制系统的实现。从而实现螺钉能在平面上按照要求自动装配到螺纹孔板上，而实现系统的自动化要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手概述 1
1.2机械手国内外发展情况及差距 2
1.3 课题研究的背景及意义 3
第二章 总体方案设计 4
第三章 机械方案设计 5
3.1 XY两轴机械手的设计 6
3.1.1机械手支架 6
3.1.2滚珠丝杠选型 6
3.1.3滚动轴承型号选择计算 7
3.1.4步进电机选型 9
3.2螺钉装配装置 10
3.2.1气缸的选型 10
3.2.2伺服电机的选型 10
第四章 控制系统设计 12
4.1控制原理 12
4.2控制系统硬件选型 12
4.2.1控制器的选择： 12
4.2.2检测元件的选择： 13
4.2.3驱动元件的选择： 14
4.3控制系统程序设计 15
4.3.1程序流程图的设计 15
4.3.2系统硬件连接图 16
4.3.3输入输出分配表 17
4.3.4梯形图 18
第五章 结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
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1.1机械手概述
机械手是一种自动操作装置，它可以用来模仿人的某些功能，可以用来帮助人类做一些搬运工具、操作工具等一些简单的工作。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，机械手可以帮助人类做一些繁重的工作，也可以避免人类在危险的环境中工作而受伤。同时，由于机械手动作准确，因此可以提高产品生产的质量，同时也可以避免一些工人的操作错误。其特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能够适应产品的不断变化，用以满足柔性产生的需要。
在目前现代化的生产过程中，机械手已经被广泛地应用于生产和我们的生活中，它的优点很多：它可以重复不停地工作而不会像人类一样感到疲劳；它可以抓起人类无法承受的重物，它不害怕危险，唯一的缺点是它没有人类的手那样的灵活。在现代科学技术的发展下，机器人的研究以及越来越深入，同时也促进了机械手的发展，使机械手能在在生活和生产中越来越多地被应用。相信在不久的将来，机械手的功能将会越来越多，将会改变人类的日常生活，提高人类的生活质量。
工业机械手的种类有很多，一般来说可以将机械手按照使用范围、驱动方式和控制系统等进行分成3类。
按照用途可以将机械手分类成为专用机械手和通用机械手两大类:（1）专用机械手一种没有独立的控制系统的机械手，它的特点是可靠性高、成本很低但是它的结构简单，精密度低，不能做太灵活的动作，所以专用机械手适合在大批量自动化上使用。（2）通用机械手则是有独立的控制系统的机械手，因此它的灵活度比较高。在一定范围内，它的动作程序是可以变化的，通过调整能够在不同场合使用。它具有工作范围大、定位精度高、通用性强等优点，所以通用机械手适用中小批量自动化，精密度比较高的地方上，但是由于它的精密度高，成本也相对较高。一般来说，需要精度要求较高、灵活性较强的选用通用机械手而精度要求不高的，结构简单的则可以选用专用机械手。
机械手按照驱动方式可以将机械手分成4类：（1） 气压传动机械手是一种利用压缩空气压力来驱动执行机构运动的机械手。气压传动机械手的优点是结构简单，成本较低，取材方便。但它的缺点是稳定性差，输出力小。所以气压传动机械手应用并不十分广泛，它只适用于某些特定的环境中进行工作。（2） 液压传动机械手则是一种以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。它的优点是可以传动很重的物体，传动比较平稳，结构紧凑，动作比较灵活。但是由于是液压传动，所以它对密封装置的要求非常严格，如果出现问题，不仅机械手可能损坏，严重的还可能产生事故。因此需要采用高精度的密封材料和较多的维修检测，故其成本较高，在实际的生产和生活中，应用并不广泛。（3）机械传动机械手一种是用机械传动机构来驱动的机械手，它是属于专用机械手的一种，机械传动机械手的优点是它精确可靠，动作频率大。而它的缺点是结构较大，动作简单单一，不灵活，因此它适用于简单的工业生产线上，应用比较广泛。（4）电力传动机械手是由电动机直接驱动执行机构的一种机械手。它的特点是机械结构比较简单，因此它的使用和维护等都很方便。虽然电力传动机械手成本低，但是在实际生产和生活中，它的使用并不多，但是它成本低，结构简单的优点使它在未来发展前景上占有很大优势，相信在不久的将来，它的应用会越来越多。综合以上四类驱动方式的机械手，电力传动机械手将会成为主流，因此需要对电力传动机械手进行深入研究，使其能够飞速发展。
机械手按照控制方式则可以分为点位控制和连续轨迹控制两种。点位控制主要是描述控制空间点与点的移动，它只能够控制点的位置，而不能够控制轨迹。而连续轨迹控制是能够控制空间中任意连续的曲线，它能能够控制轨迹上的每一个点，即能将整个移动进行控制。因此，连续轨迹控制的应用比点位控制要更为广泛。
1.2机械手国内外发展情况及差距
目前国内机械手应用范围比较单一，主要应用在一些工业生产加工方面，而且它的数量不多，品种单一，性能一般。所以，应该逐步扩大使用范围，对工业机械手进行大力研究和发展，积极培养该方面人才，从而能够使机械手的品种增多，性能改善可以减轻工人的负担，改善作业条件，从而提高效率和准确性。同时也要发展计算机控制机械手等一些智能机械手，逐步将机械手应用到日常生活和生产中去。
而国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展比较迅速。机械手的运用涉及的方面比较多。国外机械手大力发展智能机械手，取得了不错的成绩。智能机械手可以按照程序来完成指定的工作，具有很大的发展前景。现在高端的工业机械手都在向越快、越轻、精度越来越高等方向进行发展，如目前一些高端机械手定位精度可以达到纳米级甚至更高。同时，随着机械手的应用及深入研究，其应用领域将会突破传统的机械行业，而面向电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业飞速发展。相信在未来，机械手的发展会越来越快，对人类的生活产生巨大的影响。
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手概述 1
1.2机械手国内外发展情况及差距 2
1.3 课题研究的背景及意义 3
第二章 总体方案设计 4
第三章 机械方案设计 5
3.1 XY两轴机械手的设计 6
3.1.1机械手支架 6
3.1.2滚珠丝杠选型 6
3.1.3滚动轴承型号选择计算 7
3.1.4步进电机选型 9
3.2螺钉装配装置 10
3.2.1气缸的选型 10
3.2.2伺服电机的选型 10
第四章 控制系统设计 12
4.1控制原理 12
4.2控制系统硬件选型 12
4.2.1控制器的选择： 12
4.2.2检测元件的选择： 13
4.2.3驱动元件的选择： 14
4.3控制系统程序设计 15
4.3.1程序流程图的设计 15
4.3.2系统硬件连接图 16
4.3.3输入输出分配表 17
4.3.4梯形图 18
第五章 结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
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1.1机械手概述
机械手是一种自动操作装置，它可以用来模仿人的某些功能，可以用来帮助人类做一些搬运工具、操作工具等一些简单的工作。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，机械手可以帮助人类做一些繁重的工作，也可以避免人类在危险的环境中工作而受伤。同时，由于机械手动作准确，因此可以提高产品生产的质量，同时也可以避免一些工人的操作错误。其特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能够适应产品的不断变化，用以满足柔性产生的需要。
在目前现代化的生产过程中，机械手已经被广泛地应用于生产和我们的生活中，它的优点很多：它可以重复不停地工作而不会像人类一样感到疲劳；它可以抓起人类无法承受的重物，它不害怕危险，唯一的缺点是它没有人类的手那样的灵活。在现代科学技术的发展下，机器人的研究以及越来越深入，同时也促进了机械手的发展，使机械手能在在生活和生产中越来越多地被应用。相信在不久的将来，机械手的功能将会越来越多，将会改变人类的日常生活，提高人类的生活质量。
工业机械手的种类有很多，一般来说可以将机械手按照使用范围、驱动方式和控制系统等进行分成3类。
按照用途可以将机械手分类成为专用机械手和通用机械手两大类:（1）专用机械手一种没有独立的控制系统的机械手，它的特点是可靠性高、成本很低但是它的结构简单，精密度低，不能做太灵活的动作，所以专用机械手适合在大批量自动化上使用。（2）通用机械手则是有独立的控制系统的机械手，因此它的灵活度比较高。在一定范围内，它的动作程序是可以变化的，通过调整能够在不同场合使用。它具有工作范围大、定位精度高、通用性强等优点，所以通用机械手适用中小批量自动化，精密度比较高的地方上，但是由于它的精密度高，成本也相对较高。一般来说，需要精度要求较高、灵活性较强的选用通用机械手而精度要求不高的，结构简单的则可以选用专用机械手。
机械手按照驱动方式可以将机械手分成4类：（1） 气压传动机械手是一种利用压缩空气压力来驱动执行机构运动的机械手。气压传动机械手的优点是结构简单，成本较低，取材方便。但它的缺点是稳定性差，输出力小。所以气压传动机械手应用并不十分广泛，它只适用于某些特定的环境中进行工作。（2） 液压传动机械手则是一种以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。它的优点是可以传动很重的物体，传动比较平稳，结构紧凑，动作比较灵活。但是由于是液压传动，所以它对密封装置的要求非常严格，如果出现问题，不仅机械手可能损坏，严重的还可能产生事故。因此需要采用高精度的密封材料和较多的维修检测，故其成本较高，在实际的生产和生活中，应用并不广泛。（3）机械传动机械手一种是用机械传动机构来驱动的机械手，它是属于专用机械手的一种，机械传动机械手的优点是它精确可靠，动作频率大。而它的缺点是结构较大，动作简单单一，不灵活，因此它适用于简单的工业生产线上，应用比较广泛。（4）电力传动机械手是由电动机直接驱动执行机构的一种机械手。它的特点是机械结构比较简单，因此它的使用和维护等都很方便。虽然电力传动机械手成本低，但是在实际生产和生活中，它的使用并不多，但是它成本低，结构简单的优点使它在未来发展前景上占有很大优势，相信在不久的将来，它的应用会越来越多。综合以上四类驱动方式的机械手，电力传动机械手将会成为主流，因此需要对电力传动机械手进行深入研究，使其能够飞速发展。
机械手按照控制方式则可以分为点位控制和连续轨迹控制两种。点位控制主要是描述控制空间点与点的移动，它只能够控制点的位置，而不能够控制轨迹。而连续轨迹控制是能够控制空间中任意连续的曲线，它能能够控制轨迹上的每一个点，即能将整个移动进行控制。因此，连续轨迹控制的应用比点位控制要更为广泛。
1.2机械手国内外发展情况及差距
目前国内机械手应用范围比较单一，主要应用在一些工业生产加工方面，而且它的数量不多，品种单一，性能一般。所以，应该逐步扩大使用范围，对工业机械手进行大力研究和发展，积极培养该方面人才，从而能够使机械手的品种增多，性能改善可以减轻工人的负担，改善作业条件，从而提高效率和准确性。同时也要发展计算机控制机械手等一些智能机械手，逐步将机械手应用到日常生活和生产中去。
而国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展比较迅速。机械手的运用涉及的方面比较多。国外机械手大力发展智能机械手，取得了不错的成绩。智能机械手可以按照程序来完成指定的工作，具有很大的发展前景。现在高端的工业机械手都在向越快、越轻、精度越来越高等方向进行发展，如目前一些高端机械手定位精度可以达到纳米级甚至更高。同时，随着机械手的应用及深入研究，其应用领域将会突破传统的机械行业，而面向电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业飞速发展。相信在未来，机械手的发展会越来越快，对人类的生活产生巨大的影响。
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