自动送料装置机械手设计论文机械制造专业

1、 ii 题目: 自动送料装置机械手设计 目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc5287 摘要 II自动送料装置机械手设计摘要：机械手是按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，能够代替人去完成一些重复、繁琐以及危险的操作。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。机械手的动作顺序为：按下启动按钮机械手下降至取料处左移至待加工材料处机械手夹紧加工材料机械手右移至预定位置机械手松开加工材料机械手左移机械手上升至预定高度（安全点）并循环执行。

2、关键词： 机械手； PLC；气动控制；自动化Design of manipulator for automatic feeding deviceAbsrtact: A manipulator is an automatic operating device for grabbing, moving objects or operating tools according to a fixed procedure. It can perform repetitive, cumbersome and dangerous operations instead of human beings. In

3、this paper, the programmable controller FX series PLC, produced by Mitsubishi company is used to realize the manipulator handling control system. The system makes full use of the programmable controller (PLC) control function. So that the system is reliable and stable, and the period function range

4、is widely used. The order of action of the manipulator is as follows: press the start button-the manipulator drops to the reclaimer-move left to the material to be processed-the manipulator clamps the machining material-the manipulator moves right to the predetermined position-the machine The hand l

5、oosens the machining material-the manipulator moves to the left-the manipulator rises to a predetermined height (safety point) and circulates.Key words: Manipulator; PLC; pneumatic control; automation 第1章绪 论1.1 引言机械手在生活的应运已经有着无法脱离的重要，对于我们生活也是起着尤为重要的一个角色。譬如：工厂的生产线上，机械传动代替了人工，使用了智能化，快递公司分拣快递全部使用小黄人自动化

6、机器人，而且还要无人飞机操作，更加的加大了效率，我们工业的发展更加迅速。机械手在很多方面对我们工业的发展，物业的发展有这非常重要的角色。打个比方来说：生活，工业，环境，还有那些对人体产生极大危害性的工作全都可以由机器人替代，大大的让许多人的工作为机器手所代替，这样一来，我国工业发展飞速迅猛。最近几年以来，机械手在国外的很多领域都有许多应用。机械手的技术手段越来越高，但是，价钱却比往年更加廉价；机械结构设计发展；控制系统更加趋向自动化设备；显然必不可少的一样东西还有就是传感器；机械手已经将虚拟的世界从之前的猜想，预言到现在逐渐技术成熟。就现在国家行情而已，机械手的技术更加成熟，不但熟练掌握了机械

7、制造技术，还了解了机械手的智能，更加预言了机械手的重要积淀。1.2 研发目的及意义机械手是涵盖机压，液压，气压一体化的装置。结合指导老师的提议，学校老师的建议一下，打算做一个自动送料装置机械手，控制机器人从两个工作台之间交替，从而使我们得到一次机械结构、气动系统，控制系统练习。1.3 机械手的内容1.3.1 用途机械手最早运用在国家的汽车制造。机器人在工业的应用非常广泛，它已经可以取代人工的地方，那些对人体产生危害的工作可以完全由机器人取代，同时也加大了机器人的实在用的价值，更加的让工业发展效率高，速度快的惊人，机器人也更加的受到青睐。机械手的孕育而生，带来了许多福音，就拿个最简单的事例来说：

8、降低了工业成本，大大提升了工业的发展效率，用时，那些对人产生危害的工作可以由机器人取而代之，这样一来，就更加的对我们工作人员更加的智能化。1.3.2 技术参数图1 为本设计机械手的示意图。送料台开始应能停留在工作台中任意一个位置上。按下启动按钮机械手下降至取料处左移至待加工材料处机械手夹紧加工材料机械手右移至预定位置机械手松开加工材料机械手左移机械手上升至预定高度（安全点）并循环执行。输入电压：AC220、AC11V、DC24V消耗功率：约4KW。气源大于0.8MP且小于5MP。要求送料台的往返移动位置必须精确。设计出最大的传动效率，使之提高产品生产效率。 第2章 手部设计2.1 概述机器人的

9、手部是重要的执行机构。手部的各自形态不同，机构功能的差异，可分为吸附式和钳爪式。其中下图为真空吸盘控制系统：图2-1真空吸盘控制系统 1、2电阀；3吸附；4泵；5电动机吸盘的有点很多，举个例子来说，吸附力大，还有清洁效果，但是，需要很高的技术手段，这样价钱很贵。图2-1所示为真空吸盘控制装置，当电磁阀2通电时，真空泵管路与吸盘管路接通不抽气，吸盘不吸附工件，当电磁阀2不通电时，电磁阀1不复位，这个时候吸盘接大气。释放所有的工件。真空是利用真空泵，真空度较高。因此本次设计用文氏管真空发生器，它是利用压缩空气在管道内快速通过而产生真空的原理。2.2 初选型号2.2.1 真空吸盘型号：ESS-30-

10、SN（Festo 公司）主要参数：公称半径：18.4mm 吸盘有效半径：30 mm吸盘面积：3cm3 公称半经：2mm吸盘固定方法：螺钉 安装螺纹：M6最低环境温度：-10 最高环境温度：70-0，7bar时理论吸力：49.6N -0，7bar时撕坏力：40.8N最小可抓取半径：110mm 吸盘材料：NBR 弹性材料CT标准：无铜无氟 产品重量：0.009Kg工作介质：大气2.2.2真空发生器型号：VAK -1/4（Festo 公司）利用真空吸盘的运用，VAD和VAK真空发生器能够用于提取并吸住表面光滑及不透气的结构。这样一来工件就会在任何时候都可以被吸附。不产生真空。切断气体流，接受吸力。优

11、点：廉价，性价比高。重要系数：外置气喷嘴：是 排空喷射器：切断压力Laval气阻公称通经：0.05mm 最高工作压力：0.5MPa最低工作压力：1MPa 最小真空度：-0.08MPa出气口接口螺纹：G1/4 安装位置：任意安装方式：孔 最低环境温度：-20 最高环境温度：80 外壳材料：压铸铝合金CT标准：无铜无氟 工作介质：已过滤压缩空气2.3 真空吸盘的吸力计算F=2G =nD2H /（4K1K2K376） (2-1)F吸盘吸力H真空计读数；n吸盘数量；D吸盘直径；K1安全系数（K1=1.5）；K2工况系数（K2=2）；K3方位系数（K3=1）。已知：D=30mm;G=50N;使用2个真空

12、吸盘即 100=2D2H /（41.52176）H=0.710-5Pa=0.07MPa所选的真空发生器最大真空度为-0.08MPa，可以选用。第3章 气压传动系统设计3.1气压系统传动的选定为了便于机械手操作简单，选用可编程序控制器或微机进行，系统的压力和流量都非常高，采用电磁换向阀回路，获益最大，成本低，利润高。气动传动有很大优势，具体如下：1.空气可循环利用起来，而且使用过的大气排出之外，又可以再一次获得新的空气，这样既不污染环境，而且还更加环保健康。2.客气的粘稠度很低，方便我们在生产过程中的运输还有近距离的损耗最小，管道压力也很小。3.压缩空气的工作所需的压力比较小，所以，材质上的选择

13、可能会要求低。4.气动装置方便维修，这样保养费用低，而且利用率很高，非常划算。5.非常安全，不会有爆炸事件事情发生，而且便于保护。6.气动元件采用相应材料后，能够运用在任何的环境里面，无论刮风下雨还有闪电这些条件都不会受影响。3.2气压传动系统工作原理图图2- 1所示为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机(排气压力大于0.40.6M Pa) 通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。图2-1 机械手气压传动系统工作原理图第4章 手腕设想4.1 概述手腕是手跟臂的相连，他的用途为了掌握方位，单独有自己的自由度，这样一

14、来的话，机器人可以适应更加复杂的工作。4.2 腕部联想重点1.结构应尽量松凑、质量小大2.要融入工作环境的要求3.要综合考虑各方面要求，合理布局4.3 典型腕部结构1.直接驱动的腕部结构2.具有机械传动的腕部机构由于本次设计不需要腕部回转，这里就不再说明腕部的计算。第5章 机械手的PLC控制设计工业机械手的控制装置相当于人的大脑一样东西，工业机械手控制着一切并且指挥着这里的一切还有协调性。控制系统的装置一般分为开环装置和闭环装置两种形式。运动控制方式有连续轨迹（PPT）和点位控制（UP）两种。5.1可编程序掌握的各种原件三菱（Mitsubishi）公司 F1 系列 PC 为例（F1-40MR）

15、（1）输入继电器（X）编号：X400X407，X500X507，X410X413，X510X513 共 24 点。功效：接收从外部开关或敏感元件发来的信号，与输入端子相连。只能由外部信号驱动，不能由内部程序指令驱动，可以提供许多动合、动断触点，供内部使用。（2）输入继电器（X）序号：Y530Y537 共 16 点。功能：将输出信号传给外部负载，有三种工作方式：继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出。每一输出继电器仅有一对输出触头，其具体情况对应于输入锁存器。（3）辅助继电器（P）序号：通用辅助继电器 M100M277，M200M177 共 99点；保持辅助继电器M299M399共 64 点，有

16、充电保持功能。效果：相当于中间继电器，供内部使用，不能直接驱动外部负载。（4）移位寄存器由辅助继电器组成，可由 16或 32个辅助继电器（P）组成 8 或 16 位（it）的移位寄存器。（5）定时器（Z）序列：T450T457，T550T557 共 16 个。K 0.199.9(定时时间常数 K 设定为 3 位，最小为 0.1s)。功能：定时起动后，每 0.1 秒减一次，直至为 0，定时时间到常开触点接通。（6）计数器（C）编号：C460C467，C560C567 共 16 个。记数值 K 1999 个脉冲。5.2 PC指令系统PLC控制系统引入了 HYPERLINK /wiki/%E5%BE

17、%AE%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%8A%80%E6%9C%AF t _blank 微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制系统，目的就是为了更新换代，更加的取代之前的传统。涵盖很多很多优点通用方便还有廉价还有更多的可取代性。1.指令LD：取反指令；LDI：反指令；OUT：输入指令。2.与指令AND：常开触点并联连接指令；ANI：常开触点并联连接指令。3.或指令OR：动断触点串联指令；ORI：动合触点串联指令。4.块电路或指令两个以上的触点串联支路与前面支路的并联指令。使用这种指令对各个支路进行并联时，各个支路的起点级使用 LD 或 LDI 指令。5

18、.指令ANB：块并联先串联，后并联，各个支路起点同样须使用 LD 或 LDI 指令。6.复位指令RST：清除计数器，移位寄存器逻辑内容。7. 脉冲指令PLS：使继电器获得瞬时闭合信号。该指令所产生的脉冲宽度为一个演算周期，即从程序开始至程序结素（END）之间。8.指令SFT：移位寄存器移位输出指令。步序输入转步条件输出状态YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7HL下降吸住上升右移左移回左回右灯0原点ST2(ST4)-+1前进SB1+-2抓取ST1-+-3右移KT1(3S)-+-4松开ST2-+-+-5左移ST3-+-+-6下降ST5+-7松开ST1-8上升KT2(2S)-+-9回右ST2-

19、+-10左移ST6-+-0复位ST2(ST4)-+表5-1 机械手动作顺序表9.稳定指令S：操作保持置位指令，自保持 OFF 指令；R：操作保持复位指令，自保持 NO指令。10.开始程序指令END：编程结束时写入，可以缩短演算周期。5.3编写机械手的PLC控制指令根据第五章的气路控制图，制作机械手动作顺序表如下：表5-2 现场器件与PLC内部继电器对照表输入内部继电器地址说明SB1X400起动按钮ST1X401下限位开关ST2X402上限位开关ST3X403右限位开关ST4X404左限位开关ST5X405回左限位开关ST6X406回右限位开关SB2X407复位按钮SB3X500手动下降开关SB

20、4X501手动上升开关SB5X502手动右行开关SB6X503手动左行开关SB7X504手动回左开关SB8X505手动回右开关输出内部继电器地址说明YA1Y431下降电磁阀YA2Y432吸盘电磁阀YA3Y433上升电磁阀YA4Y434右移电磁阀YA5Y435左移电磁阀YA6Y436回左电磁阀YA7Y437回右电磁阀HLY430原位指示灯机械手在运行时，操作如下。1.机械手应处于复位。开始工作时，第一步按复位按钮 SB2，输出继电器的动合触点 X407 开放，单脉冲指令使辅助继电器 M200 产生一个脉冲，使移位寄存器原位。就以上所述，移位寄存器的闭合触点 M101M117 均为开放状态。就在相

21、同时刻，因机械手在复位，下限位开关 ST2、右限位开关 ST4、回左限位开关 ST6 均处于开放状态，相对应的动合触点 X402、X404、X406 均开放，使移位寄存器首位 M100 置 1，输入继电器 Y430 得电，原点指示灯 HL熄灭。2.按下按钮 SB1，X400 接通，产生移位信号，使得 M101 左移一位，则 M100 为 1，从而使得 Y431 得电，执行上升动作；同样的时间，M100常闭接点闭合，M110 置 0，完成从 0 步到第 1 步的转变；M100 常开接点开放，又为下一步转换作好准备。机械手下降时，上限位开关 ST2 打开，X402失电闭合，在离开上限位的各过程中，

22、M130 均保持为 0。3.上升到位时，下限位开关 ST1 被压动，X401 开放，从而产生移位信号，M130 的“0”态移到 M111，使得 Y431得电，上升开始；就在相同时刻，M101的“1”态移到 M102，使得 M201 得电并保持，通过 M201 的保持触点使得Y432、T450 同时得电，驱动 Y432 工作，将工件放开，并开始计时。4.T450 延时 3s 后，其动合触点接通，产生移位信号，使得 M103 为“1”，M102 为“0”，于是 Y433 得电，驱动电磁阀 YA3 执行上升动作。由于 M201 的保持作用，Y432 不会得电，Y432 停止工作，工件一直处于保持开放

23、状态，机械手带重物下降。5.下降到位，下限位开关 ST2 被制动，X402 断开，使得 M104 为 1，M103 为 0，使得 Y433 得电，开始下降，输入继电器 Y434失电，驱动电磁阀 YA4 使得机械手左移。左移离开原点后，X404 常开触点闭合，M100 仍保持为 0。6.左移到左限位开关 ST3 动作时，接通 X403，又产生移位信号，使得 M105 为 1，M104 为 0，从而使 Y434 失电，开始左移；Y436 得电，驱动电磁阀 YA6,执行左回转动作。7.同样的，当右回转动作完成时，M106 为“1”，M105 为“0”，Y431再次得电，驱动电磁阀 YA1 执行下降动

24、作。8.下降到位，压动 ST1，使得 X401 接通，产生移位信号，使 M107为“1”，.的工件被松开，同时，T451 得电，开始松开计时。9.T451 延时 2s 后，其触点接通，产生移位信号，使得 M108 为“1”，M107“0”，Y433 再次得电，机械手空载上升。10.当回右及左移到原位时，压下左限位开关，X404 接通，产生移位信号，M110 为“0”，M111 为“1”，Y435 失电，机械手停在原点位置。要想再次起动，只有按下复位开关按钮 SB2、X406 闭合，使得 M101 M117 复位后，才能重新开始。也可以通过手动按钮进行单步调试。结 语此次设计是对我们学习成果的考

25、验，要求我们能够将所学到的知识融会贯通、熟练应用，并且能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。一开始选过设计题目后，我就考虑机械手大致运动轨迹，确定它的自由度通过各种方式去了解机械手的结构和控制方式；刚接到设计任务书的时候，我是一头雾水，不知道该如何下手；后来通过吴老师的讲解，使我对这个设计题目有了一个大体的理解。最终通过从网上找的一些相关的设计资料，在网上找的一些设计案例以及自己这两年学到的知识完成了这份设计。参考文献1李允文.工业机械手设计M.北京:机械工业出版社,2013.2张健民.工业机器人M.北京:北京理工大学出版社,2015. 3施海锋,吴江柳.机械自动化系统设计指导书M.北京：清华大学出版社，2008.3朱建强,田方.基于凸轮设计理论的多关节机械手轨迹规划J.组合机床与自动化加工技术,201