回转搬运装卸机械手系统设计院
摘 要机械手是一种高新自动生产设备。机械手是机器人的一个重要分支。其特点是通过编程完成各种任务，期望在结构和性能上都能体现出人与机的优点，特别体现了人的智能性以及适应性。在各个领域中，机械手的高精度和其能适应各种工作环境并且完成工作的能力，使其拥着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展，机械手不仅降低了工人的劳动强度，并且大大提高了劳动生产率。在本文中，根据设计要求设计了一三度自由度的机械手，用于输送材料。首先，本文将先进行机械手的支座、手臂、腰部以及手部机械结构的设计，然后选择合适的驱动方式；在此基础上，利用PLC对机械手进行控制，选取合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定控制方案，画出机械手的工作流程图，并绘制出控制程序。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 背景、意义 1
1.2 国、内外研究现状 1
第二章 机械手的总体方案 3
2.1 主要设计内容和技术要求 3
2.2 机械手的座标型式与自由度 4
2.3 机械手的手臂结构方案设计 4
2.4 机械手的手部结构方案设计 4
2.5 机械手的驱动方案设计 4
2.6 机械手的控制方案设计 5
第三章 机械手机械结构及驱动系统设计 6
3.1机械结构设计 6
3.1.1手部 6
3.1.2手臂 7
3.1.3腰部和支座 7
3.2传动机构设计及驱动电机选型 8
3.2.1手部 8
3.2.2腰部、支座及手臂 11
第四章 控制系统设计 17
4.1总述 17
4.2PLC的使用步骤 17
4.3总体设计方案 18
4.4PLC的选型 19
4.5I/O地址分配及硬件连接图 19
4.6梯形图 21
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 背景、意义
随着社会和科学技术的发展，在工业生产中越来越广泛使用自动化设备，由于生产技术的不断完
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
善和发展推动了机械手的诞生，科学技术的生产和应用是一种重要的现代技术形式。我国目前生产模式正在转变中，振兴制造业，实现工业化、自动化和生产现代化水平是我国现阶段经济发展和发展方向的重要任务。
1.2 国、内外研究现状
机械手的发展始于20世纪中叶,尤其是在1946年推出的第一个数字电子计算机，计算机技术正在以惊人的速度发展,CPU处理速度越来越快,存储容量持续增加,而价格却越来越低。和工业生产的发展,大规模和快速生产需要促进自动化技术的进步,机器人发展奠定了基础,并创建激励;另一方面，核技术也取得了迅速的进展，迫切需要机械操作来代替人工处理的放射性材料。
在这种背景下,美国最先着手于机械手的研究。1954年,首次提出工业机器人的概念首次被美国Devoll提出，并申请了专利。根据时间的发展工业机器人可被分为三代,第一代机器人是为了显示教学回放。主要由控制器和示教器组成,但其没有信息反馈的作用,1962年美国unimation公司推出了“尤尼梅特”可以实现拉伸,旋转和俯仰运动,驱动模式是液压传动,这是机器人产品第一次实用的模式,标志着第一代机器人的诞生。第二代工业机器人是机器人的一种,它的特点是传感器的应用,使得机器人的功能有外部信息反馈和调整。1965年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研发了一台名为“野兽”的机器人,该机器人可以根据环境的变化,通过声纳、光电管以及其他设备来实现位置的校正。从1960年代中期开始,一些实验室在美国和英国大学提出了第二代机器人用传感器研究的热潮。第三代的工业机器人是智能机器人。感知与理解能力的外部环境,了解订单和指令的感知环境,并能够识别出对象,可以计划完成预定的任务,1968年斯坦福研究研发的机器人“机器人沙基”,机器人安装了视觉传感器,根据指令和抓块,但是控制电脑和一个房间一样大,但“机器人沙基”仍然可以被认为是世界上第一个智能机器人和拉开了第三代机器人研发的序幕。
1970年代初中国工业机器人开始发展,一共经历了三个发展时期:70年的胚胎时期,80年的快速发展时期,90年的投资实践阶段。在1970年代,许多因素的影响,发展速度缓慢,水平很低,从1980年代开始,在国家政策的支持下,特别是在“第七个五年计划”科技攻关将工业机器人发展计划中,研究人员积极解决关键科学和技术问题,开发了一种喷雾、点焊、弧焊机器人和处理,取得了丰硕的成果。在1990年代末,中国建造了9个机器人产业基地和七个研究基地。
第二章 机械手的总体方案
机械手的基本要求是能够快速精确地移动物体，这就要求他们具有较高精度、快速响应、具有一定的承载能力、工作空间和自由度的灵活度，并能自动定位于任意位置。机械手的设计原则是：充分分析工件，提出了合理的操作工艺要求，满足系统功能和环境条件的要求；确定了工件的结构形状、工件的精度要求、工件的力学性能、尺寸和质量参数，确定了结构和运行控制要求。
2.1 主要设计内容和技术要求
本文的研究课题把传动机械和电气控制的机械手为研究对象,分别完成“手臂水平伸出、腰部下降、手抓抓取物体、腰部上升、手臂水平缩回、腰部左转、手臂水平伸出、腰部下降、手抓放松物体、腰部上升、手臂水平收缩、腰部右旋、回到原位”的控制过程,通过转换的传感器来检测。机电传动机械手的操作模式分为手动操作模式和自动操作模式。手动操作是指每个电机的运动通过手动按钮来控制每个操作的操作,比如举重运动设置两个按钮,一个向上运动,另一个则向下。自动操作根据定义的PLC程序的控制下的完成规定的各项控制指令。自动操作可以分为两种类型的单周期操作和连续操作。单周期操作指的是机械和电气驱动机械手从原点开始,按下开始按钮后，机械手自动完成一个工作周期的行动后停止。连续操作是指从机械手的启动开始,按下开始按钮,机器人的动作会自动完成一个周期的动作,之后不断进行周期性循环执行。在工作中,如果按下停止按钮,机器人将继续完成一个周期的行动,然后回到原点自动停止。实现整个控制过程的功能是基于PLC为核心的技术,然后自动化设备的“电动传感器 PLC”控制顺序就形成了。
在课题研究基本任务的基础上,根据控制要求和的合适参数选择机电传动控制元件。PLC已经成为现代控制技术的选择之一,电气原理图中的每个线圈都有其相应的控制设计。本次设计过程要求对机电传动机械手的机械传动机构,驱动机构，实施机构明白并了解机电传动技术和PLC控制技术且了解其类型的选择和编程技术。
本课题将要完成的主要任务如下:
(1)选取机械手的座标型式。
(2)设计机械手的机械机构，如:支座、腰部、手臂等部件的设计。
(3)设计机械手的传动系统，包括电动机、驱动器的选取。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 背景、意义 1
1.2 国、内外研究现状 1
第二章 机械手的总体方案 3
2.1 主要设计内容和技术要求 3
2.2 机械手的座标型式与自由度 4
2.3 机械手的手臂结构方案设计 4
2.4 机械手的手部结构方案设计 4
2.5 机械手的驱动方案设计 4
2.6 机械手的控制方案设计 5
第三章 机械手机械结构及驱动系统设计 6
3.1机械结构设计 6
3.1.1手部 6
3.1.2手臂 7
3.1.3腰部和支座 7
3.2传动机构设计及驱动电机选型 8
3.2.1手部 8
3.2.2腰部、支座及手臂 11
第四章 控制系统设计 17
4.1总述 17
4.2PLC的使用步骤 17
4.3总体设计方案 18
4.4PLC的选型 19
4.5I/O地址分配及硬件连接图 19
4.6梯形图 21
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 背景、意义
随着社会和科学技术的发展，在工业生产中越来越广泛使用自动化设备，由于生产技术的不断完
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
善和发展推动了机械手的诞生，科学技术的生产和应用是一种重要的现代技术形式。我国目前生产模式正在转变中，振兴制造业，实现工业化、自动化和生产现代化水平是我国现阶段经济发展和发展方向的重要任务。
1.2 国、内外研究现状
机械手的发展始于20世纪中叶,尤其是在1946年推出的第一个数字电子计算机，计算机技术正在以惊人的速度发展,CPU处理速度越来越快,存储容量持续增加,而价格却越来越低。和工业生产的发展,大规模和快速生产需要促进自动化技术的进步,机器人发展奠定了基础,并创建激励;另一方面，核技术也取得了迅速的进展，迫切需要机械操作来代替人工处理的放射性材料。
在这种背景下,美国最先着手于机械手的研究。1954年,首次提出工业机器人的概念首次被美国Devoll提出，并申请了专利。根据时间的发展工业机器人可被分为三代,第一代机器人是为了显示教学回放。主要由控制器和示教器组成,但其没有信息反馈的作用,1962年美国unimation公司推出了“尤尼梅特”可以实现拉伸,旋转和俯仰运动,驱动模式是液压传动,这是机器人产品第一次实用的模式,标志着第一代机器人的诞生。第二代工业机器人是机器人的一种,它的特点是传感器的应用,使得机器人的功能有外部信息反馈和调整。1965年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研发了一台名为“野兽”的机器人,该机器人可以根据环境的变化,通过声纳、光电管以及其他设备来实现位置的校正。从1960年代中期开始,一些实验室在美国和英国大学提出了第二代机器人用传感器研究的热潮。第三代的工业机器人是智能机器人。感知与理解能力的外部环境,了解订单和指令的感知环境,并能够识别出对象,可以计划完成预定的任务,1968年斯坦福研究研发的机器人“机器人沙基”,机器人安装了视觉传感器,根据指令和抓块,但是控制电脑和一个房间一样大,但“机器人沙基”仍然可以被认为是世界上第一个智能机器人和拉开了第三代机器人研发的序幕。
1970年代初中国工业机器人开始发展,一共经历了三个发展时期:70年的胚胎时期,80年的快速发展时期,90年的投资实践阶段。在1970年代,许多因素的影响,发展速度缓慢,水平很低,从1980年代开始,在国家政策的支持下,特别是在“第七个五年计划”科技攻关将工业机器人发展计划中,研究人员积极解决关键科学和技术问题,开发了一种喷雾、点焊、弧焊机器人和处理,取得了丰硕的成果。在1990年代末,中国建造了9个机器人产业基地和七个研究基地。
第二章 机械手的总体方案
机械手的基本要求是能够快速精确地移动物体，这就要求他们具有较高精度、快速响应、具有一定的承载能力、工作空间和自由度的灵活度，并能自动定位于任意位置。机械手的设计原则是：充分分析工件，提出了合理的操作工艺要求，满足系统功能和环境条件的要求；确定了工件的结构形状、工件的精度要求、工件的力学性能、尺寸和质量参数，确定了结构和运行控制要求。
2.1 主要设计内容和技术要求
本文的研究课题把传动机械和电气控制的机械手为研究对象,分别完成“手臂水平伸出、腰部下降、手抓抓取物体、腰部上升、手臂水平缩回、腰部左转、手臂水平伸出、腰部下降、手抓放松物体、腰部上升、手臂水平收缩、腰部右旋、回到原位”的控制过程,通过转换的传感器来检测。机电传动机械手的操作模式分为手动操作模式和自动操作模式。手动操作是指每个电机的运动通过手动按钮来控制每个操作的操作,比如举重运动设置两个按钮,一个向上运动,另一个则向下。自动操作根据定义的PLC程序的控制下的完成规定的各项控制指令。自动操作可以分为两种类型的单周期操作和连续操作。单周期操作指的是机械和电气驱动机械手从原点开始,按下开始按钮后，机械手自动完成一个工作周期的行动后停止。连续操作是指从机械手的启动开始,按下开始按钮,机器人的动作会自动完成一个周期的动作,之后不断进行周期性循环执行。在工作中,如果按下停止按钮,机器人将继续完成一个周期的行动,然后回到原点自动停止。实现整个控制过程的功能是基于PLC为核心的技术,然后自动化设备的“电动传感器 PLC”控制顺序就形成了。
在课题研究基本任务的基础上,根据控制要求和的合适参数选择机电传动控制元件。PLC已经成为现代控制技术的选择之一,电气原理图中的每个线圈都有其相应的控制设计。本次设计过程要求对机电传动机械手的机械传动机构,驱动机构，实施机构明白并了解机电传动技术和PLC控制技术且了解其类型的选择和编程技术。
本课题将要完成的主要任务如下:
(1)选取机械手的座标型式。
(2)设计机械手的机械机构，如:支座、腰部、手臂等部件的设计。
(3)设计机械手的传动系统，包括电动机、驱动器的选取。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/989.html
