箱式货品搬运机械手系统设计(附件)
摘 要 本课题针对如何搬运箱式货品这个问题进行设计，要求在生产过程中能够自动地将产品从一条传输线转移到另一条传输线，有产品的抓取、放下和移动动作。现在已经有很多企业用机器人来完成工作，不过由于产品的不同，机器人的末端执行器“机器手”则多种多样。而箱式产品的机器手有特别的要求，本课题要求抓取的箱式货品质量为50kg，包装箱的材质为牛皮纸箱。对于手爪抓取放松的动作时间是单独可调的。综合机械手各个系统的设计，通过对不同方案的比较得出最佳的设计，并进行机械结构的详细设计，对关键零部件进行分析。针对本设计比较各种控制方式，设计合适的控制系统。采用气动驱动方式和可编程控制器进行控制，并介绍传感器的选择及应用，完成控制器的接口电路设计及控制程序的编写，最后设计系统的控制电路图和程序流程图。最后对全篇进行总结，对关于箱式货品搬运机器手的设计进行综合陈述，对装置的改进提出展望，并对箱式货品搬运机器手的未来发展前景论述。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究背景与意义 1
1.3国内外研究近状与发展趋向 2
第二章 搬运机械手总体方案设计 3
2.1课题认识与总体方案设计 3
2.1.1机械手结构设计 3
2.1.2驱动装置的选择 4
2.1.3控制部分设计 4
2.1.4传感检测部分 5
第三章 机械结构设计与计算 6
3.1搬运机械手运动过程分析 6
3.2机械手的组成 6
3.3机械手的受力分析及有关计算 7
3.3.1机械手爪受力分析图 8
3.3.2机构的静力学计算 8
3.3.3控制机械手爪夹紧气缸的设计 9
3.3.4控制手爪张开与夹紧气缸b的直径计算 9
3.3.5缸筒壁厚的设计 11
3.3.6电控节流阀与气缸活塞杆移动速度的关系 12
3.3.7流量控制器的选择 12
3．4气动回路原理图 12
第四章 机械手控制系统的设计 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.1传感器的选择 14
4.1.1位置检测装置 14
4.1.2流量传感器 15
4.1.3角位移传感器 15
4.2控制器的选择 16
4.3PLC电气控制系统设计 16
4.3.1I/O分配表的设计 17
4.3.2PLC硬件连接图 17
4.3.3流程图程序设计 19
4.3.4箱式机械手梯形图设计 19
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1引言
箱式机器手系统是将机械技术，自动化技术，传感器技术以及计算机技术等多类科学技术的研究成果结合在起来，形成的机电一体化系统。这是目前国内外最流行的领域之一，随着机器人技术的快速发展，机器手不仅使用在工业等行业了，机器手还正逐步转向第三产业。目前，甚至有一些餐厅都先进的使用了送餐机器人，这也是属于机器手的一部分，机器手在好多方面可以为我们生活提供很大程度上的便捷。随意机器手技术在很大程度上得到了相当大的关注。下文具体介绍箱式搬运机器手的设计以及使用，主要介绍和分析了箱式搬运机器手工作时执行的动作、机器手各机构的组、机器手各机构的驱动方式以及控制器和传感器的选择，综合各种方案的优缺点以及具体问题具体分析，最终选择出机械手的最佳方案。
1.2研究背景与意义
机器人是属于一种能够自动执行指定工作的机器装置，是靠机器人自身的动力和控制方面的能力来实现各种功能的一种机器。它由机器人本体与末端执行机构构成，机器人本体能够控制末端执行器各个方位的位置和具体动作从而完成指定的各项工作任务。它能够接受人的指挥，同时还可以按照预先设定的程序运行动作。
在机械工业领域里，机器手应用的意义可以描述如下：
(1)机器手能够改善生产过程中的自动化程度。机械手的利用，大大提高了一些材料的传输、工件的安装和下卸、刀具方面的换刀和各种机器的装配等自动化程度，即可以提高劳动生产率，降低了生产成本，也大大加快实现工业生产的机械化和自动化的步伐。
(2)机器手能够改善工作的条件，在高温、高压、低温、低压、、声、臭味、有放射性以及工作空间狭窄等场合中可以保证人身安全，然而通过用手直接性的操作是非常危险且根本不可能的。而应用机械手即可少量或着全部的代替人安全地完成各项工作生产，也很大成都地改善了工作惹员的工作环境条件。在某些动作十分简单却又重复作业的操作过程中，用机械手代替人手进行劳动与工作，可以避免操作疲劳甚至发生人身事故。
(3)能够减轻人力有利于有节奏地工作生产。利用机器手代替人手进行劳作，不仅可以减少人力，同时因为应用机械手可以连续地不间断地工作。因此，在自动化机床生产和综合性制造自动生产线上，当前大部分工厂都购进机械手，从而减少人力和更准确地控制生产的节奏，便于高效率地进行生产。
1.3国内外研究近状与发展趋向
机械手刚开始的时候应用在汽车制造行业，经常用于焊接、喷漆、上下料和搬运等方面。目前机器手大多应用在制造行业中，尤其是在电器制造业、汽车制造业、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业制造当中。随着工业生产的不断发展，机械手在功能和性能方面也不断改善和提高，所以机械手应用范围在日益扩大。
目前，在国际上机械手主要有日系和欧系公司。日系中的机械手主要包括安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系机械手公司中主要包括德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。
然而我国机器手开始使用于20世纪70年代初期，历时30多年发展，机械手大概经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，国外机械手企业占据着我国大部分市场份额。在国际机械手强国面前，国内的机械手企业面临着非常大的竞争压力。我国政府对机械手这个行业非常重视，并且提供了大量的科研资金，这将会给机械手产业的发展提供新的动力。
第二章 搬运机械手总体方案设计
2.1课题认识与总体方案设计
本论文主要研究箱式货品搬运机械手。课题研究的内容是在自动生产过程中机械手爪对产品的搬运。这一环节的工作内容相对简单，重复性强，往往工作强度大。产品从一条传输线转移到另一条传输线，有产品的抓取、放下和移动动作。搬运箱式货物机器手有特定的要求：箱式货品质量m：50kg ；机器手开口尺寸：；抓取、放松动作时间：单独可调，。机器手的任务是完成对箱式物品的抓放和移动。一般驱动机械手的驱动器有电机驱动、液压驱动和气动等。而驱动装置由控制器所控制，如PLC控制、单片机和工控机。传感器对机械手爪的开放松、抓取的速度和手爪上下移动的位移进行检测，并将相关信息反馈传递到控制器，转换成控制量来控制手爪。拟定机械手系统总体框图如图21所示：
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究背景与意义 1
1.3国内外研究近状与发展趋向 2
第二章 搬运机械手总体方案设计 3
2.1课题认识与总体方案设计 3
2.1.1机械手结构设计 3
2.1.2驱动装置的选择 4
2.1.3控制部分设计 4
2.1.4传感检测部分 5
第三章 机械结构设计与计算 6
3.1搬运机械手运动过程分析 6
3.2机械手的组成 6
3.3机械手的受力分析及有关计算 7
3.3.1机械手爪受力分析图 8
3.3.2机构的静力学计算 8
3.3.3控制机械手爪夹紧气缸的设计 9
3.3.4控制手爪张开与夹紧气缸b的直径计算 9
3.3.5缸筒壁厚的设计 11
3.3.6电控节流阀与气缸活塞杆移动速度的关系 12
3.3.7流量控制器的选择 12
3．4气动回路原理图 12
第四章 机械手控制系统的设计 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.1传感器的选择 14
4.1.1位置检测装置 14
4.1.2流量传感器 15
4.1.3角位移传感器 15
4.2控制器的选择 16
4.3PLC电气控制系统设计 16
4.3.1I/O分配表的设计 17
4.3.2PLC硬件连接图 17
4.3.3流程图程序设计 19
4.3.4箱式机械手梯形图设计 19
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1引言
箱式机器手系统是将机械技术，自动化技术，传感器技术以及计算机技术等多类科学技术的研究成果结合在起来，形成的机电一体化系统。这是目前国内外最流行的领域之一，随着机器人技术的快速发展，机器手不仅使用在工业等行业了，机器手还正逐步转向第三产业。目前，甚至有一些餐厅都先进的使用了送餐机器人，这也是属于机器手的一部分，机器手在好多方面可以为我们生活提供很大程度上的便捷。随意机器手技术在很大程度上得到了相当大的关注。下文具体介绍箱式搬运机器手的设计以及使用，主要介绍和分析了箱式搬运机器手工作时执行的动作、机器手各机构的组、机器手各机构的驱动方式以及控制器和传感器的选择，综合各种方案的优缺点以及具体问题具体分析，最终选择出机械手的最佳方案。
1.2研究背景与意义
机器人是属于一种能够自动执行指定工作的机器装置，是靠机器人自身的动力和控制方面的能力来实现各种功能的一种机器。它由机器人本体与末端执行机构构成，机器人本体能够控制末端执行器各个方位的位置和具体动作从而完成指定的各项工作任务。它能够接受人的指挥，同时还可以按照预先设定的程序运行动作。
在机械工业领域里，机器手应用的意义可以描述如下：
(1)机器手能够改善生产过程中的自动化程度。机械手的利用，大大提高了一些材料的传输、工件的安装和下卸、刀具方面的换刀和各种机器的装配等自动化程度，即可以提高劳动生产率，降低了生产成本，也大大加快实现工业生产的机械化和自动化的步伐。
(2)机器手能够改善工作的条件，在高温、高压、低温、低压、、声、臭味、有放射性以及工作空间狭窄等场合中可以保证人身安全，然而通过用手直接性的操作是非常危险且根本不可能的。而应用机械手即可少量或着全部的代替人安全地完成各项工作生产，也很大成都地改善了工作惹员的工作环境条件。在某些动作十分简单却又重复作业的操作过程中，用机械手代替人手进行劳动与工作，可以避免操作疲劳甚至发生人身事故。
(3)能够减轻人力有利于有节奏地工作生产。利用机器手代替人手进行劳作，不仅可以减少人力，同时因为应用机械手可以连续地不间断地工作。因此，在自动化机床生产和综合性制造自动生产线上，当前大部分工厂都购进机械手，从而减少人力和更准确地控制生产的节奏，便于高效率地进行生产。
1.3国内外研究近状与发展趋向
机械手刚开始的时候应用在汽车制造行业，经常用于焊接、喷漆、上下料和搬运等方面。目前机器手大多应用在制造行业中，尤其是在电器制造业、汽车制造业、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业制造当中。随着工业生产的不断发展，机械手在功能和性能方面也不断改善和提高，所以机械手应用范围在日益扩大。
目前，在国际上机械手主要有日系和欧系公司。日系中的机械手主要包括安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系机械手公司中主要包括德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。
然而我国机器手开始使用于20世纪70年代初期，历时30多年发展，机械手大概经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，国外机械手企业占据着我国大部分市场份额。在国际机械手强国面前，国内的机械手企业面临着非常大的竞争压力。我国政府对机械手这个行业非常重视，并且提供了大量的科研资金，这将会给机械手产业的发展提供新的动力。
第二章 搬运机械手总体方案设计
2.1课题认识与总体方案设计
本论文主要研究箱式货品搬运机械手。课题研究的内容是在自动生产过程中机械手爪对产品的搬运。这一环节的工作内容相对简单，重复性强，往往工作强度大。产品从一条传输线转移到另一条传输线，有产品的抓取、放下和移动动作。搬运箱式货物机器手有特定的要求：箱式货品质量m：50kg ；机器手开口尺寸：；抓取、放松动作时间：单独可调，。机器手的任务是完成对箱式物品的抓放和移动。一般驱动机械手的驱动器有电机驱动、液压驱动和气动等。而驱动装置由控制器所控制，如PLC控制、单片机和工控机。传感器对机械手爪的开放松、抓取的速度和手爪上下移动的位移进行检测，并将相关信息反馈传递到控制器，转换成控制量来控制手爪。拟定机械手系统总体框图如图21所示：
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