仓储用小型机械手末端执行器系统设计(附件)【字数：8770】
摘 要机器人末端执行器位于机械臂腕部的前端，其形式可以是手爪或是喷头等，是直接作用于工作对象的装置。它的机械机构对整个机器人的运动学和动力学都起着重要的影响。对机器人的作业功能、作用范围和工作效率都有显著的提高，可以毫不夸张地说机器人的工作性能很大程度上取决于机器人末端执行器性能的好坏。针对本课题要求设计出一个可以抓取2公斤重的圆柱体末端执行器的系统，来提高仓储业的生产效率。在综合考虑了末端执行器的结构大小以及经济性后，将会设计出一种小型的新型装夹装置，并通过对末端执行器运动学及动力学的分析，设计出新末端执行器的系统。本文将通过机械结构部分、驱动部分和控制部分三部分来诠释该末端执行器的可行性，来解决目前仓储中所用的末端执行器存在的一些弊端。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2机器手末端执行器的研究现状 2
1.2.1研究现状 2
1.2.2存在问题分析 2
1.3本论文主要内容 3
第二章 末端执行器的结构设计 4
2.1末端执行器工作环境及工作要求 4
2.2末端执行器设计方案的比较 4
2.3末端执行器的机械结构设计概述 8
2.3.1末端执行器的选用 8
2.3.2手爪长度的确定 9
2.3.3末端执行器的夹紧计算 9
2.3.4手部驱动计算 10
2.3.5 齿条行程确定 11
第三章 末端执行器的驱动系统设计 12
3.1末端执行器驱动方式分析 12
3.2驱动器的设计计算 13
3.3驱动器的选型 16
第四章 末端执行器控制系统的设计 18
4.1 PLC简介 18
4.2 PLC的工作原理 18
4.3 PLC的功能和发展 18
4.3.1 PLC的主要功能 18
4.3.2 PLC的发展前景 18
4.4 PLC机型选择 19
4.5机械手工艺过程和控制方案的确定 19
4.5.1确定工艺流程 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
4.5.2传感器选择 20
4.6 S7200程序编写 20
4.6.1手动程序的编写 20
4.6.2自动程序图 23
结束语 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
随着工业生产逐步向自动化、智能化方向不断发展，工业机器人在制造领域的需求也不断地增加。对制造业来说，使用工业机器人的一系列效益是非常显著的。比如减少劳动力、降低废品率和生产成本，减少机床损耗，加快技术创新速度等，从而可以提高企业竞争力。机器人具有执行各种任务特别高危险的能力，比传统的自动化工艺更加先进。
仓储简单来说就是商户为了防止供不应求的情况出现，提前把产品、货物存放在仓库房中，以备不时之需。它可以反映工厂的物资活动情况，正是这样的特点，它使得生产、供给和售卖绑在了一起，从而间接的提高工厂的生产效率。同时，随着仓储业的投入使用，报表账目等信息能够清楚准确的显现出。因此，可以毫不夸张的说仓储是物流、信息流、单证流结合的产物。
2003年，对电子商务人员来说是个特殊的年，这一年马云创立淘宝。虽然起初人们并不看好淘宝，对它议论纷纷。不过随着岁月的流逝，经人们多次尝试，体验到了电子商务的优势之处，对其潜力一片看好，当初各种质疑也就不攻自破了。越来越多的人投身其中，例如京东等类似网络购物平台出现，电子商务生态圈也越来越庞大。众所周知，一个新兴产业的崛起必定会带来一系列产业的崛起，越来越多的人购物不是通过逛商场，而是通过手机及电脑来网络购物，物流业快速发展起来，仓储是物流业重要的组成部分，越来越多企业意识到这一点并引入仓储，仓储业也悄然的迅速发展起来了。截至到2008年底，有17416个仓库，在中国，在仓储业的51万1000名员工，仓储业利润达到3020亿9000万元。 2009年，存储行业实际投资近1800亿元，相当于2008年的60倍，增长率相当庞大。 那么多的企业投入仓储业，新仓库的面积也是屡创新高。经过多年对仓储业的探索，一些企业认识到，要想在残酷的环境中跻身前流成为大型仓储企业，强大的仓储资源网络和管理仓库的能力是必不可少的。目前，仓储行业在我国存在这大大小小的问题。搬运技术作为仓储中重要的一环节，需要我们急需提升改造，才能满足市场的需求。
1.2机器手末端执行器的研究现状
1.2.1研究现状
机器人末端执行器位于机械臂腕部的前端，其形式可以是手爪或是喷头等，是直接作用于工作对象的装置。它的机械机构对整个机器人的运动学和动力学都起着重要的影响。所以得出结论机器人性能的好坏绝大多情况下取决于末端执行器。近年，随着科技不断发展，末端执行器也获得了长足的进步。末端执行器的研究也在向各种不同领域进军。
末端执行器一般可以为两大类：一类是用途比较广泛的多用途机械手；另一类是为特定任务而设计出来的专用末端执行器。
（1）多用途末端执行器
多用途手爪主要分为拟人化和非拟人化两类，拟人的多指灵巧手可以理解为模仿人手，从而达到某种目的，一般这种手爪被设计出来，主要是来代替人手的。众所周知，人手去达到目的的过程中有许多局限性，会受到一定的阻挠，而拟人的多指灵巧手可以根据环境及需求做出相应的改善。所以，拟人手爪比较受科学家的喜爱。经科学家们不懈努力，在拟人手爪的研究上取得了不错的成果。在历史上，一些著名的夹持器相继出现，如日本研制的冈田多指灵巧手；1980年，Utah/MIT手爪在麻省理工和犹他大学联合研制下诞生了；美国斯坦福大学在1983年研制成功了Stanford/JPL多指灵巧手等。随着科学不断发展，人们对拟人手爪的想法也越来越超前。如今，拟人手爪技术投入到了假肢的研发中。一系列的假肢相继问世，为残疾人提供了便利，和常人几乎无异。
（2）专用末端执行器
专用末端执行器主要是用于一些特定要求或是场所而设计的手爪，比如在高温环境下工作或是抓取特定的体积和重量的物体，从而提高工作效率。专用夹持器结构简单、控制方便、负载能力强、可靠性高。由于自由度少，结构简单，专用末端执行器抓取范围很小，需要对其手爪的形状或是指面的材料进行相应的改善，从而提高抓取范围。目前专用末端执行器面临着体积庞大，重量大的问题，如何使得专用末端执行器方便便捷是重要的研究内容。
1.2.2存在问题分析
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2机器手末端执行器的研究现状 2
1.2.1研究现状 2
1.2.2存在问题分析 2
1.3本论文主要内容 3
第二章 末端执行器的结构设计 4
2.1末端执行器工作环境及工作要求 4
2.2末端执行器设计方案的比较 4
2.3末端执行器的机械结构设计概述 8
2.3.1末端执行器的选用 8
2.3.2手爪长度的确定 9
2.3.3末端执行器的夹紧计算 9
2.3.4手部驱动计算 10
2.3.5 齿条行程确定 11
第三章 末端执行器的驱动系统设计 12
3.1末端执行器驱动方式分析 12
3.2驱动器的设计计算 13
3.3驱动器的选型 16
第四章 末端执行器控制系统的设计 18
4.1 PLC简介 18
4.2 PLC的工作原理 18
4.3 PLC的功能和发展 18
4.3.1 PLC的主要功能 18
4.3.2 PLC的发展前景 18
4.4 PLC机型选择 19
4.5机械手工艺过程和控制方案的确定 19
4.5.1确定工艺流程 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
4.5.2传感器选择 20
4.6 S7200程序编写 20
4.6.1手动程序的编写 20
4.6.2自动程序图 23
结束语 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
随着工业生产逐步向自动化、智能化方向不断发展，工业机器人在制造领域的需求也不断地增加。对制造业来说，使用工业机器人的一系列效益是非常显著的。比如减少劳动力、降低废品率和生产成本，减少机床损耗，加快技术创新速度等，从而可以提高企业竞争力。机器人具有执行各种任务特别高危险的能力，比传统的自动化工艺更加先进。
仓储简单来说就是商户为了防止供不应求的情况出现，提前把产品、货物存放在仓库房中，以备不时之需。它可以反映工厂的物资活动情况，正是这样的特点，它使得生产、供给和售卖绑在了一起，从而间接的提高工厂的生产效率。同时，随着仓储业的投入使用，报表账目等信息能够清楚准确的显现出。因此，可以毫不夸张的说仓储是物流、信息流、单证流结合的产物。
2003年，对电子商务人员来说是个特殊的年，这一年马云创立淘宝。虽然起初人们并不看好淘宝，对它议论纷纷。不过随着岁月的流逝，经人们多次尝试，体验到了电子商务的优势之处，对其潜力一片看好，当初各种质疑也就不攻自破了。越来越多的人投身其中，例如京东等类似网络购物平台出现，电子商务生态圈也越来越庞大。众所周知，一个新兴产业的崛起必定会带来一系列产业的崛起，越来越多的人购物不是通过逛商场，而是通过手机及电脑来网络购物，物流业快速发展起来，仓储是物流业重要的组成部分，越来越多企业意识到这一点并引入仓储，仓储业也悄然的迅速发展起来了。截至到2008年底，有17416个仓库，在中国，在仓储业的51万1000名员工，仓储业利润达到3020亿9000万元。 2009年，存储行业实际投资近1800亿元，相当于2008年的60倍，增长率相当庞大。 那么多的企业投入仓储业，新仓库的面积也是屡创新高。经过多年对仓储业的探索，一些企业认识到，要想在残酷的环境中跻身前流成为大型仓储企业，强大的仓储资源网络和管理仓库的能力是必不可少的。目前，仓储行业在我国存在这大大小小的问题。搬运技术作为仓储中重要的一环节，需要我们急需提升改造，才能满足市场的需求。
1.2机器手末端执行器的研究现状
1.2.1研究现状
机器人末端执行器位于机械臂腕部的前端，其形式可以是手爪或是喷头等，是直接作用于工作对象的装置。它的机械机构对整个机器人的运动学和动力学都起着重要的影响。所以得出结论机器人性能的好坏绝大多情况下取决于末端执行器。近年，随着科技不断发展，末端执行器也获得了长足的进步。末端执行器的研究也在向各种不同领域进军。
末端执行器一般可以为两大类：一类是用途比较广泛的多用途机械手；另一类是为特定任务而设计出来的专用末端执行器。
（1）多用途末端执行器
多用途手爪主要分为拟人化和非拟人化两类，拟人的多指灵巧手可以理解为模仿人手，从而达到某种目的，一般这种手爪被设计出来，主要是来代替人手的。众所周知，人手去达到目的的过程中有许多局限性，会受到一定的阻挠，而拟人的多指灵巧手可以根据环境及需求做出相应的改善。所以，拟人手爪比较受科学家的喜爱。经科学家们不懈努力，在拟人手爪的研究上取得了不错的成果。在历史上，一些著名的夹持器相继出现，如日本研制的冈田多指灵巧手；1980年，Utah/MIT手爪在麻省理工和犹他大学联合研制下诞生了；美国斯坦福大学在1983年研制成功了Stanford/JPL多指灵巧手等。随着科学不断发展，人们对拟人手爪的想法也越来越超前。如今，拟人手爪技术投入到了假肢的研发中。一系列的假肢相继问世，为残疾人提供了便利，和常人几乎无异。
（2）专用末端执行器
专用末端执行器主要是用于一些特定要求或是场所而设计的手爪，比如在高温环境下工作或是抓取特定的体积和重量的物体，从而提高工作效率。专用夹持器结构简单、控制方便、负载能力强、可靠性高。由于自由度少，结构简单，专用末端执行器抓取范围很小，需要对其手爪的形状或是指面的材料进行相应的改善，从而提高抓取范围。目前专用末端执行器面临着体积庞大，重量大的问题，如何使得专用末端执行器方便便捷是重要的研究内容。
1.2.2存在问题分析
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