fms中上下料机械手的设计(附件)【字数：6534】
摘 要FMS中上下料机械手的设计思路取自于产线中铣削单元上下料，用气压传动实现传动，即用各种气缸来控制机械手的动作，根据可编程控制技术编写程序来实现控制。设计从机械部分、气动部分和控制三部分对上下料机械手进行。机械部分包括机械总体结构设计、各零部件的结构设计和各气缸的选择安装设计等；气动部分主要是按照选定气动元件来设计出气动系统；控制部分主要是基于西门子（S7-200）编写程序。采用气压驱动的上下料机械手具有结构简单、易实现无级调速、易于操作、易于实现复杂动作等诸多特有的优点，气动机械手正在向高精度化，节能化，智能化，机电气一体化方向迈进。
目 录
第一章 引言 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2课题国内外发展现状 1
1.3课题的研究内容 2
第二章 总体方案确定 3
2.1总体方案论证 3
2.2手部结构方案设计 4
2.3手臂结构方案设计 4
2.4机械手驱动方案设计 4
2.5机械手控制方案设计 4
2.6机械手主要参数 1
第三章 机械手结构设计 2
3.1手部结构设计 2
3.1.1手部夹紧气缸驱动力计算 2
3.1.2 夹紧气缸直径计算 3
3.1.3 缸筒壁厚的设计 5
3.2手臂伸缩部分设计 5
3.3导向装置 6
3.4手臂升降部分设计 7
第四章 气动部分设计 7
4.1 机械手工作流程 8
4.2 气动回路设计 8
第五章 PLC控制部分设计 10
5.1 操作面板布置 10
5.2 I/O分配 10
5.3 PLC输入输出接线图 11
5.4 PLC控制梯形图 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录 16
第一章 引言
1.1 课题的背景和意义
随着气动技术的日驱完善，气动技术在机械行业得到大量运用，特别是在各种自动化生产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
线上。同时由于电气可编程控制技术和气动技术的结合，两者在驱动和控制方面相辅相成，使整个系统的自动化水平提高，性能更稳定，控制更灵活。在气动机械手和柔性自动生产线的快速发展下，气动技术需要与之俱进。
机械手是一种自动操作装置，可以模拟人手和手臂的一些动作功能，并可以固定的程序来抓取、搬运物件或操作工具。它可以用来代替人从事繁重劳动实现机械化和自动化生产，广泛应用于医疗卫生、建筑业、食品加工、国防军事、生活服务等领域。一般机械手具有独立的控制系统，程序可以变化，运行动作可自由变化，可以在空间取、放、搬运工件，适用于中小批量自动化生产可变化产品品种。气动机械手是气动元件和气动自动化技术在机械手中使用的产物。
机械手由控制系统、驱动机构和执行机构构成,主要完成移动、转动、抓取等动作。气压驱动主要是通过气压缸、电磁阀、空气压缩机等实现传动。在20世纪气压技术发展迅猛，随着时间的日益沉淀它已发展成为包括传动、控制、检测等在内的一门完整的自动化技术，并在机械化生产及各领域得到充分利用。
本课题来源于实际生产，满足FMS中铣削棒料单元的上下料。该课题要求设计机械手，机械手将工件从传送带搬至铣床工作台，待零件加工完成后下料搬至传送带。机械手工作中能实现抓取提升左移右移下降松开等动作，且动作顺序、动作速度可调。在气动驱动和PLC联合下实现控制。
1.2 课题国内外发展现状
当今国内外关于各种机器人和机械手的研究已成为社会热点，其发展的现状和总体趋势如下：
1．机械总体结构向模块化、可重构化方向发展，即机器人领域的标准化逐渐形成。
2．机器人控制系统的独特化，即向着以PC机为基础的开放控制器方向发展，易于网络化和标准化。设备集成度不断提高，控制柜越来越小，采用模块化结构。系统在可靠性、易操作性和可维护性方面得到极大提高。
3．传感器在机器人中的位置十分重要，多种传感器的融合技术来进行决策控制；在智能化机器人中多传感器融合配置技术已成为关键。
4．柔性型喷涂机器人的设计，灵活复合机构的设计，对伺服轴轨迹的深入研究，控制系统开发。
5．工业机器人产品的搬运、组装、焊接和切割等操作标准化、模块化、通用化的研究。
总而言之，我们可以看到机器人的发展前景非常广阔，但国内机器人在减速器、控制器、电机及轴承方面技术的劣势明显，要进一步发展需要我们推动，提高现代生产的生产效率，简化手工操作，降低经营成本，提高经济效益，从而能将中国制造带向质量飞跃，带动中国科学技术的进一步积累。
1.3课题的研究内容
设计中需要对 FMS中的铣削单元工作对象为一块纯铝质圆柱体的机械手进行设计，主要分为机械结构设计、控制系统设计和气动回路设计三大部分，其中控制系统基于西门子S7200PLC进行设计。设计的机械手可以完成工件的检测、抓取和装卸。
关键问题：
（1）上下料机械手控制整体方案设计：
（2）上下料机械手的机械结构设计：
（3）上下料机械手气动回路设计；
（4）上下料机械手电气系统设计；
（5）控制机械手的PLC程序设计。
第二章 总体方案设计
2.1 总体方案论证
目前市场上的机器人结构形式分为四种即直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构、关节型结构。具体结构如图21所示。
/
图21 机器人坐标形式
参考上述四种结构形式，本设计要求上下料的工件质量不足1kg，高度30mm，在考虑到机械手、数控铣床及传送带布局的具体形式，满足总体工艺设计要求的情况下，要以简化结构和提高可靠度为目标。本机械手设计运行需手臂伸缩和手臂升降两个直线运动,即选择直角坐标形式，确定为两个移动自由度，在结构精简情况下，能够实现手臂运动最大化和较高的定位准确度，机械手工作布局图如下图22示。
目 录
第一章 引言 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2课题国内外发展现状 1
1.3课题的研究内容 2
第二章 总体方案确定 3
2.1总体方案论证 3
2.2手部结构方案设计 4
2.3手臂结构方案设计 4
2.4机械手驱动方案设计 4
2.5机械手控制方案设计 4
2.6机械手主要参数 1
第三章 机械手结构设计 2
3.1手部结构设计 2
3.1.1手部夹紧气缸驱动力计算 2
3.1.2 夹紧气缸直径计算 3
3.1.3 缸筒壁厚的设计 5
3.2手臂伸缩部分设计 5
3.3导向装置 6
3.4手臂升降部分设计 7
第四章 气动部分设计 7
4.1 机械手工作流程 8
4.2 气动回路设计 8
第五章 PLC控制部分设计 10
5.1 操作面板布置 10
5.2 I/O分配 10
5.3 PLC输入输出接线图 11
5.4 PLC控制梯形图 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录 16
第一章 引言
1.1 课题的背景和意义
随着气动技术的日驱完善，气动技术在机械行业得到大量运用，特别是在各种自动化生产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
线上。同时由于电气可编程控制技术和气动技术的结合，两者在驱动和控制方面相辅相成，使整个系统的自动化水平提高，性能更稳定，控制更灵活。在气动机械手和柔性自动生产线的快速发展下，气动技术需要与之俱进。
机械手是一种自动操作装置，可以模拟人手和手臂的一些动作功能，并可以固定的程序来抓取、搬运物件或操作工具。它可以用来代替人从事繁重劳动实现机械化和自动化生产，广泛应用于医疗卫生、建筑业、食品加工、国防军事、生活服务等领域。一般机械手具有独立的控制系统，程序可以变化，运行动作可自由变化，可以在空间取、放、搬运工件，适用于中小批量自动化生产可变化产品品种。气动机械手是气动元件和气动自动化技术在机械手中使用的产物。
机械手由控制系统、驱动机构和执行机构构成,主要完成移动、转动、抓取等动作。气压驱动主要是通过气压缸、电磁阀、空气压缩机等实现传动。在20世纪气压技术发展迅猛，随着时间的日益沉淀它已发展成为包括传动、控制、检测等在内的一门完整的自动化技术，并在机械化生产及各领域得到充分利用。
本课题来源于实际生产，满足FMS中铣削棒料单元的上下料。该课题要求设计机械手，机械手将工件从传送带搬至铣床工作台，待零件加工完成后下料搬至传送带。机械手工作中能实现抓取提升左移右移下降松开等动作，且动作顺序、动作速度可调。在气动驱动和PLC联合下实现控制。
1.2 课题国内外发展现状
当今国内外关于各种机器人和机械手的研究已成为社会热点，其发展的现状和总体趋势如下：
1．机械总体结构向模块化、可重构化方向发展，即机器人领域的标准化逐渐形成。
2．机器人控制系统的独特化，即向着以PC机为基础的开放控制器方向发展，易于网络化和标准化。设备集成度不断提高，控制柜越来越小，采用模块化结构。系统在可靠性、易操作性和可维护性方面得到极大提高。
3．传感器在机器人中的位置十分重要，多种传感器的融合技术来进行决策控制；在智能化机器人中多传感器融合配置技术已成为关键。
4．柔性型喷涂机器人的设计，灵活复合机构的设计，对伺服轴轨迹的深入研究，控制系统开发。
5．工业机器人产品的搬运、组装、焊接和切割等操作标准化、模块化、通用化的研究。
总而言之，我们可以看到机器人的发展前景非常广阔，但国内机器人在减速器、控制器、电机及轴承方面技术的劣势明显，要进一步发展需要我们推动，提高现代生产的生产效率，简化手工操作，降低经营成本，提高经济效益，从而能将中国制造带向质量飞跃，带动中国科学技术的进一步积累。
1.3课题的研究内容
设计中需要对 FMS中的铣削单元工作对象为一块纯铝质圆柱体的机械手进行设计，主要分为机械结构设计、控制系统设计和气动回路设计三大部分，其中控制系统基于西门子S7200PLC进行设计。设计的机械手可以完成工件的检测、抓取和装卸。
关键问题：
（1）上下料机械手控制整体方案设计：
（2）上下料机械手的机械结构设计：
（3）上下料机械手气动回路设计；
（4）上下料机械手电气系统设计；
（5）控制机械手的PLC程序设计。
第二章 总体方案设计
2.1 总体方案论证
目前市场上的机器人结构形式分为四种即直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构、关节型结构。具体结构如图21所示。
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图21 机器人坐标形式
参考上述四种结构形式，本设计要求上下料的工件质量不足1kg，高度30mm，在考虑到机械手、数控铣床及传送带布局的具体形式，满足总体工艺设计要求的情况下，要以简化结构和提高可靠度为目标。本机械手设计运行需手臂伸缩和手臂升降两个直线运动,即选择直角坐标形式，确定为两个移动自由度，在结构精简情况下，能够实现手臂运动最大化和较高的定位准确度，机械手工作布局图如下图22示。
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