机械手说明书

1、二维机械手设计任务书本文对二维机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时设计了机械手的夹持式手部结构，计算出了回转气缸的驱动力矩。设计出了机械手的气动控制系统，为避免气缸的旋转，采用双导杆气缸，确定了气缸的尺寸外形。采用步进电机与谐波齿轮减速器实现机械手的旋转，同时对步进电机和谐波齿轮减速器进行了选型。采用压力传感器控制气爪的夹持力，同时对压力传感器进行了选型。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的plc型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图和梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。第1章 绪论

2、1.1设计目的本课程设计是本门课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。课程设计的主要目的是通过对二维机械手机电控制装置的设计，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。1.2设计内容 首先要设计出机械手的结构，并将机械手的原点（即原始状态）定位右位，高位，伸出，放松状态。在原始状态下，机械手下降到低位，抓取工件，上升到高位，缩回，左旋到左位，伸出。在右工作台上无工件时，机械手下降到低位，放松，然后上升到高位，缩

3、回，右转，伸出到回原位。其动作逻辑关系图如下：原位 下降夹紧上升缩回左旋转90度伸出下降放松上升缩回右旋转90度伸出采用plc变成实现上述动作1.3设计要求(1) 设计并绘制硬件及接线图(2) i/o表(3) plc程序(4) 编制设计说明书第2章 总体方案设计2.1机械手机械部分设计机械手工作范围：旋转动作：旋转角度范围为360度 v=6r/min竖直移动：竖直移动范围0到400mm v=100mm/s横直移动：横直移动范围0到250mm v=100mm/s末端执行结构：气动的手爪，能实现对工件的夹紧和放松，能抓起重20公斤的重物自由度数：3个自由度坐标形式：圆柱坐标2.2控制部分设计2.2

4、1具体的技术要求如下：通过机械手实现物品的搬运、传输等功能。功能上采用自动设计，由启动、停止、急停按钮来控制。要求分清停止和急停的功能，停止时机械手执行完此次任务后回到复位状态而停止；急停时机械手无条件的立即停止，但是注意如果机械手爪上如有物体应注意抓紧防止手爪松动而使物体落下。要求有指示灯进行功能指示，如：自动指示灯、启动指示灯、停止指示灯2.22驱动和控制系统该机械手的控制装置采用plc，通过plc来控制步进机电或电磁阀，使机械手能够自动实现上升、下降、旋转、抓紧、松开等动作。步进电机控制旋转动作，气动控制竖轴移动、横轴移动和手抓的抓放。 选用传感器为压力传感器实现抓取力的检测，行程开关来

5、实现位置检测2.23总体设计方案简图： 第3章结构设计3.1手爪的设计1.设计需满足的要求：手爪所抓起物块尺寸为直径100mmx高度300mm,重量为20kg其行程为0275mm能实现对工件的加紧和放松，主要设计在于其是否有足够的力来抓起物块。手爪的传感器为压电传感器用来检测是否抓起物块。手爪的总重量为；g=40n2、手爪气缸连接件的设计：材料45钢 法兰盘 3、设计与手爪气缸相连接的钢杆 材料选q235钢 直径d=20mm4、杆与手爪气缸连接件设计：材料45钢 法兰盘5、横梁与手爪部分的连接件设计：材料45钢，4孔连接件第4章驱动系统设计4.1气缸的设计4.11与手爪相连的气缸的确定 f=4

6、d2-d2p f500n取d=0.5d,气缸压强取p=0.7mpa求得：气缸的内径d=40mm活塞杆d=20mm材料 缸体：铝合金 =2.7g/cm3 活塞杆：合金钢 =7.9g/cm3 重量：g=20n缸体：53mm 4.12横向移动双导杆气压缸的确定本缸主要承受悬臂、爪部以及物件等的重量。活塞杆受压缩和弯曲由气动手册知：可选中小型气缸 最大行程250mm 产品名称：导杆气缸-fec气缸的内径：d=32mm活塞杆d=20mm适用压力范围：00.5mpa缸体材料：q235 活塞杆材料：q235 缸体：346mm 4.13确定z轴的双导杆气压缸产品名称：导杆气缸-fec由气动手册得知：可选中小型

7、气压缸缸的内径：d=50mm活塞杆d=25mm适用压力范围：00.5mpa缸体材料：铝合金 =2.7g/cm3活塞杆材料：合金钢 =7.9g/cm3缸体：513mm 4.2空压机及控制元件的选择4.21耗气量的计算取活塞的伸出速度v=0.1m/s,经计算水平气压缸的压缩空气量为q1=312mm3/s 竖直气压缸缸q2=785mm3/s 4.22选择控制元件由于工作压力=0.5mpa 由以上计算可选：三位四通电磁换向阀：德国博世力士乐4we6e62/eg24n9k4二位二通电磁换向阀：22d-10b行程阀：xq250612 使用压力：0.15-0.8mpa节流阀：优势力士乐单向节流阀svld54

8、6p20s 压力范围：1mpa 减压阀：y43h/y型活塞式蒸汽减压阀 出口压力范围：0.11.0mpa 最高进口压力：1.6mpa 油雾器：cal20005000系列油雾器 最高使用压力: 1.0mpa 空气过滤器：台湾气立可chelic afr-150 压力范围：0.5-8.5mpa (3.1m3/min)l18.5螺杆式空压机 重 量：600 kg 驱动方式:皮带 冷却方式:风冷 排气口径: g1” 噪 音:631 电源 (v/ph/hz): 380v-50hz-3ph 外型尺寸：1150x885x1425mm 压力：0.75-13mpa功率：7.5-315kw4.3步进电机的选择计算转

9、矩：t=g x l=(200+40+20+100+150) x0.3=150n.mp=t x生产厂家:上海森创电机电气公司 型号: 86byg350al-sakshl-0601 （3相）相数：3相混合式步进电机步距角：0.6/1.2 重量：2kg 轴径：12mm驱动器 规格型号：sh-30806 额定功率：400w 额定电压：单相220vav4.4谐波齿轮减速器的选用生产厂家：北京谐波传动技术研究所型号:xb1机型：50 传动比：61d=10mm d=18mm外形尺寸：170x75x754.5压力传感器的选用美国kulite压力传感器 型号:isr超小型压力传感器-xcq-093工作压力：7bar 过载压力：14bar 额定激励电压：10vdc/ac 输入阻抗：1000 重量：0.4g参考文献：【1】.李允文编著，工业机械手设计，广东，机械工业出版社，1996【2】.天津大学工业机械手设计基础，天津，科学技术出版社，1980【3】.徐炳辉主编气动手册，上海，上海科学技术出版社，2005【4】.美国kulite 压力传感器设计手册【5】.徐灏主编，机械设计手册第二版，机械工业出版社【6】.谐波减速器的选用 【7】.双导杆气缸的选用 【8】.步进电机的选用【9】压力传感器的选用 参考文献：【1】.李允文编著，工业机械手设计，广东，机械工业出版社，1996【2】