1、機械手畢業(yè)設(shè)計開題報告【精選文檔】理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目： 銑床自動上下料點位控制機械手的設(shè)計 學(xué)生姓名： 韓摶彬 學(xué) 號: 10L0551370 專 業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師: 陳繼榮 2014年3月31日畢業(yè)設(shè)計開題報告摘要；在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員,逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復(fù)性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。P

2、LC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其可靠性高、抗干擾能力強;PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性,此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能,出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)有效抑制外部干擾源對PLC的影響，此外PLC還可在強、通用性好；開發(fā)周期短，功耗小。本課題對現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。1課題研究的目的和意義1.1本課題的意義   機械手又名工業(yè)機器人,是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個重要組成部分。在

3、機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置,結(jié)構(gòu)緊湊,而且適應(yīng)性很強。機械手的積極作用正日益為人們所認識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送.因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在

4、高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視?？删幊炭刂破鳎≒LC)是一種專門為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的進行數(shù)字運算操作的電子控制裝置.由于其具有可靠性高，功能強，編程簡單，人機交互界面友好等特性而廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。再者機械手是機電一體化的一個較為典型的設(shè)計,能較大程度的調(diào)用之前學(xué)過的基礎(chǔ)及專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識,對于我個人來說也是檢驗自己四年來對所學(xué)的理論知識的掌握程度，對我個人來說也是意義重大的一次實踐。1.2機械手的發(fā)展情形與動態(tài)從國內(nèi)外所有機械手的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在現(xiàn)階段，對機械手的研究和開發(fā)已趨于高潮,機械手的發(fā)展現(xiàn)狀與

5、動態(tài),可以總結(jié)為：第一，模塊化與可重構(gòu)化是現(xiàn)階段機械架構(gòu)發(fā)展的主要動向；其二，PC 機的開放型控制器是機械手體系發(fā)展的一個主要方向，其目的就是為了完善機械手，使其逐漸走向網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化；器件集成度得以強化，架構(gòu)設(shè)計玲瓏，同時運用過了模塊化架構(gòu);在很大程度上強化了機械手體系的安全性和可靠性,同時也滿足機械手在維修和防護方面的一些便捷性;第三，傳感器在機械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運用了傳統(tǒng)的速度傳感器、位置傳感器等，同時也引進了先進的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進;第四,裝配、焊接等機械產(chǎn)品逐漸向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及系列化方向推進和發(fā)展，及系統(tǒng)動態(tài)的仿真

6、等。1。3 PLC的特點（1）可靠性高、抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備非常關(guān)鍵的性能。PLC由于采用大規(guī)模集成電路技術(shù)、嚴格的生產(chǎn)工藝，內(nèi)部電路采取了輸入輸出信號的光電隔離、濾波、電源的屏蔽、穩(wěn)壓和保護、故障診斷等先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，它能在高粉塵、高噪音、強電磁干擾和溫暖變化劇烈的環(huán)境下正常工作.PLC的平均無故障時間可高達510萬小時以上。從PLC的機外電路來說，PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低.（2)功能完善、應(yīng)用領(lǐng)域廣到現(xiàn)在為止PLC已經(jīng)形成各種規(guī)模、系列化的產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工

7、業(yè)控制場合，并能完成決大多數(shù)的工業(yè)控制任務(wù).PLC所具有的完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，PLC通訊能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。（3）編程簡單、易學(xué)易用PLC采用和繼電器電路圖接近的梯形圖語言，只用少量的開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。在工業(yè)現(xiàn)場，可以使用手持編程器或筆記本對PLC進行編程。當(dāng)PLC聯(lián)網(wǎng)后，可以在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對PLC編程。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制提供了方便。（4）系統(tǒng)安裝簡單、體積小、價格低PLC在存儲邏輯代替接線邏輯、采用模

8、塊化的結(jié)構(gòu)，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建設(shè)的周期大大縮短了.現(xiàn)代集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用,功耗僅數(shù)瓦。由于PLC體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。使得PLC的重量越來越輕、功耗也越來越少。在集成電路技術(shù)和生產(chǎn)廠家越來越多的情況下，PLC的價格也越來越低.1。4課題要求本課題是為我校機電實驗中心的柔性制造系統(tǒng)設(shè)計一個銑床自動上下料點位控制機械手。設(shè)備由機械手及其控制系統(tǒng)組成。用于實現(xiàn)生產(chǎn)線上銑床工位的自動上下料點位控制。學(xué)生也科根據(jù)自己的個人想法，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下融入一些新的想法,大膽創(chuàng)新,充分調(diào)動自己的學(xué)習(xí)興趣。2課題研究方案和主要內(nèi)容2.1總體方

9、案的選定方案1：XY導(dǎo)軌式機械手機械手的兩節(jié)手臂均采用伸縮工作方式,其大臂可以繞底座旋轉(zhuǎn)，兩節(jié)手臂可以采用氣缸或者液壓缸驅(qū)動。方案2：關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)式機械手機械手的兩節(jié)手臂軍可以繞節(jié)點旋轉(zhuǎn)，大臂還可以繞節(jié)點旋轉(zhuǎn)，其底座也可以周向旋轉(zhuǎn)， 其手指的工作角度不在拘泥于水平方向，靈活性相對較高。綜合比較:XY導(dǎo)軌式機械手的設(shè)計過程簡單,操作簡單,維護方便,加工成本要低很多，但其通用性差，設(shè)備笨重,導(dǎo)軌占用空間大,移動困難,功能簡單，很多時候并不能滿足加工現(xiàn)場的要求。第二種方案關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)式機械手雖然設(shè)計過程復(fù)雜，操作需要一定的控制學(xué)基礎(chǔ)，加工成本要高出很多，但其通用性強，只要更換不同的機械手指就可以滿足不同的要

10、求，另外其工作范圍大，能更大程度的滿足生產(chǎn)車間復(fù)雜的空間狀況，可以獨立于機床,方便移動,甚至可以加裝導(dǎo)軌在機床與倉庫間移動。綜合考慮，決定選用第二種方案。采用回轉(zhuǎn)式底座，兩節(jié)機械臂，分別可以在同一平面內(nèi)繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，兩個關(guān)節(jié)均采用步進電機驅(qū)動.2。2軀干的選型軀干由底盤和手臂兩大部分組成。底盤是支撐機械手全部重量并能帶動手臂旋轉(zhuǎn)的機構(gòu).底盤采用一個直流電動機驅(qū)動，底盤旋轉(zhuǎn)時帶動一個旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn),機械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個脈沖，由傳感器檢測并送入可編程控制器，從而計算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達270度.手臂是機械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運動的機構(gòu)。本

11、設(shè)計中手臂兩節(jié)機械手臂組成。兩節(jié)手臂采用步進電動機作驅(qū)動源，直接驅(qū)動手臂旋轉(zhuǎn)。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號,經(jīng)步進電動機驅(qū)動器驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn),完成手臂的運動。改變發(fā)出脈沖的個數(shù)，可控制手臂的兩個手臂旋轉(zhuǎn)的角度。同時在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。其大臂可繞底座旋轉(zhuǎn)120度，小臂可繞大臂旋轉(zhuǎn)160度.2。3夾緊機構(gòu)的選擇機械手手爪是用來抓取工件的部件，手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確和可靠的要求。設(shè)計制造夾緊機構(gòu)手爪時，首先要從機械手的坐標(biāo)形式、運行速度和加速度的情況來考慮。其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來計算.同時考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化，為

12、擴大機械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機構(gòu),以根據(jù)需要來更換手爪.為防止損壞被夾的物體,夾緊力應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu).夾緊機構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動作靈活和動作可靠。夾緊機構(gòu)形式多樣，有機械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進行操作的裝置. 機械式夾緊機構(gòu)是最基本的一種,應(yīng)用廣泛，種類繁多，本設(shè)計采用機械式的夾緊機構(gòu)，采用三指式氣動手爪。由可編程控制器控制電磁閥動作，從而控制手爪的張閉，達到夾取工件的目的。2。4機械手腕部結(jié)構(gòu)的選擇如圖所示采用吊頂電扇回轉(zhuǎn)式的機械結(jié)

13、構(gòu)，底部跟機械小臂相連,由步進電機驅(qū)動手腕擺動，采用這種特殊的結(jié)構(gòu)不僅可以擴大機械手的工作范圍，還增加了其靈活性，以滿足生產(chǎn)車間復(fù)雜的工作要求，對其擺動的控制也較為簡單,在應(yīng)用中對其機構(gòu)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，豐富其功能，提高機構(gòu)的可靠性。 2。5 PLC的選用西門子PLC， 具有多種不同的通信接口,并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)，可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。綜合考慮，本課題選用西門子的S7-200作為控制PLC。使用STEP 7 MicroWIN作為其編程軟件.3.實施計劃充分查閱相關(guān)資料，對方案中的

14、大體結(jié)構(gòu)細化拆分，構(gòu)思選擇合理的局部機械結(jié)構(gòu)，練習(xí)CAXA實體設(shè)計制圖軟件，達到能夠熟練運用CAXA制作三維圖的目的。做出機械手的三維草圖，邊設(shè)計邊修改，有不合理的地方及時糾正。完成之后就要進行零件的設(shè)計、電機的選型，以及其他附帶部件的選用,機械結(jié)構(gòu)校核的計算也在這一步進行.繪制部件的裝配圖及裝配總圖，之后就要進行PLC的編程了,并不斷修改完善程序,做出其電氣控制圖。整理出設(shè)計說明書。整個設(shè)計過程要定期與指導(dǎo)老師溝通交流，接受老師的批評和建議.力求通過這次畢業(yè)設(shè)計使自己大學(xué)四年的理論學(xué)習(xí)能夠熟練的運用到實際中,掌握一種學(xué)習(xí)方法，熟悉工業(yè)設(shè)計過程，實現(xiàn)由校園到企業(yè)的平緩過渡。參考文獻1賀東坤,田

15、明 氣動通用上下料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計A 長春大學(xué)學(xué)報1009-3907(2012）101171-032徐麗春 自動上下料通用機械手系統(tǒng)設(shè)計與研究B 液壓與氣動1000-4858( 2013) 080083043孔祥志，劉春時 一種數(shù)控車床的擺臂式機械手設(shè)計A機械設(shè)計與制造10013997（2011）060169024白平，薛佟 數(shù)控機床上下料機械手設(shè)計的流程 A 科技傳播1674-6708（2012）68-007102 2012。6 5宋娟 上下料機械手PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 A裝備制造技術(shù)1672545X(2008)100054-02 6范世亮 三自由度上下料機械手的PLC 控制分析 A 機械工程

16、師10022333(2012）020060027周虹 氣動與PLC 技術(shù)相結(jié)合在機械手設(shè)計中的應(yīng)用 B 液壓與氣動10004858( 2004）8張海英，劉勝明 基于PLC 的自動上下料機械手設(shè)計 B 裝備制造技術(shù)1672-545X（2010)090070029羅湛 基于PLC 的卸料機械手設(shè)計 B 液壓與氣動10004858( 2011） 05-00010310張海英，陳子珍，翟志永 基于PLC 的物料搬運機械手設(shè)計 A 機械工程師10022333（2010）09008302 11齊景榮 通用機械手設(shè)計及其控制 B 裝備制造技術(shù)1672-545X（2013）070024-0212黃賢新 工業(yè)

17、機器人機械手設(shè)計 A 裝備制造技術(shù)：1672- 545X(2012）03 0220- 0213王學(xué)良,張秋菊 基于PLC 的機械手自動上下料控制系統(tǒng)設(shè)計 B 中國制造業(yè)信息化1672 1616(2012)15 0059 0414楊永清，張嘉易，尚文利 汽車零件精段自動生產(chǎn)線機械手設(shè)計 B 制造業(yè)自動化10090134（2009)06-00960315胡旭蘭 生產(chǎn)線組合機床自動上下料機械手 B 機械制造10004998（2005）07-003203 16尹自榮 熊曉紅 駱際煥 王建坤 數(shù)控上下料機械手的研究及應(yīng)用 華中理工大學(xué)鍛壓機械 17邢金鵬 自動上下料機械手直臂部分的總體設(shè)計 學(xué)術(shù)展臺金田總第295期18郭洪紅，賀繼林等 工業(yè)機器人技術(shù)M.西安電子科技大學(xué)出版社，2006。 19王孫 關(guān)節(jié)式機械手本體及控制系統(tǒng)設(shè)計M。西安交大機械 電子工程研究所，2009.20蔡自興 機器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略J機器人技術(shù)與應(yīng)用，2001（4）：11-16.21郭艷萍 基于PLC 的工業(yè)機械手控制系統(tǒng)J儀表技術(shù)與傳感器，2007（9）：3132。指導(dǎo)教師意見： 韓摶彬