机械手设计和编程(共48页)

1、PAGE 分类号 密级 毕业设计(b y sh j)说明书题 目：PLC控制(kngzh)机械手设计和编程 英 文 题 目：PLC controlled robot design and programming 学生(xu sheng)姓名： 赵振华 专 业： 机电一体化 指导教师： 陈明 职 称： 副教授 毕业设计说明书提交日期：2011年4月18日 地址：机电学院目录目录(ml) HYPERLINK l _第一章_引言(ynyn) 第一(dy)章 引言 1 HYPERLINK l _第二章_设计思路 第二章 设计思路 2 HYPERLINK l _2.1本文主要设计内容及目的 2.1本文主

2、要设计内容及目的 2 HYPERLINK l _2.2搬运机械手结构及其动作 2.2搬运机械手结构及其动作 2 HYPERLINK l _2.3机械手的控制过程 2.3机械手的控制过程 2 HYPERLINK l _2.4机械手的控制要求 2.4机械手的控制要求 3 HYPERLINK l _第三章_机械手概况 第三章 机械手概况 4 HYPERLINK l _3.1搬运机械手的应用简况 3.1搬运机械手的应用简况 4 HYPERLINK l _3.2_机械手的发展概况 3.2 机械手的发展概况 5 HYPERLINK l _3.3机械手的发展趋势 3.3机械手的发展趋势 6 HYPERLIN

3、K l _3.4执行系统的介绍 3.4执行系统的介绍 7 HYPERLINK l _3.5PLC概况及在机械手中的应用 3.5 PLC概况及在机械手中的应用 8 HYPERLINK l _第四章_机械手驱动系统设计 第四章 机械手驱动系统设计 11 HYPERLINK l _4.1工业机器手驱动系统的选择原则 4.1工业机器手驱动系统的选择原则 12 HYPERLINK l _Toc139152586 4.2机器手液压驱动系统 13 HYPERLINK l _4.3机器手气动驱动系统 4.3机器手气动驱动系统 14 HYPERLINK l _4.4机器手电动驱动系统 4.4机器手电动驱动系统

4、15 HYPERLINK l _第五章_搬运机械手硬件系统设计 第五章 搬运机械手硬件系统设计 16 HYPERLINK l _5.1机械手的结构 5.1机械手的结构 16 HYPERLINK l _5.2电气控制的设计 5.2电气控制的设计 16 HYPERLINK l _5.3操作面板及动作说明 5.3操作面板及动作说明 17 HYPERLINK l _5.4_I/O分配 5.4 I/O分配 18 HYPERLINK l _第六章_搬运机械手的软件系统设计 第六章 搬运机械手的软件系统设计 20 HYPERLINK l _6.1梯形图的总体设计 6.1梯形图的总体设计 20 HYPERLI

5、NK l _6.2各部分梯形图的设计 6.2各部分梯形图的设计 21 HYPERLINK l _结论 第七章结论 29 HYPERLINK l _参考文献 参考文献 30 HYPERLINK l _致谢(zh xi) 致谢 31提供全套图纸 毕业设计代做 QQ 2609116541PAGE 4毕 业 设 计 任 务 书 2011 年2 月21 日 毕业设计题目PLC控制机械手设计和编程指导教师赵振华职称副教授专业名称机电一体化技术班级机电21081学生姓名陈明学号2060108147设计要求1. 机械手总图2. 控制电气原理图，梯形图、接线图3、外文翻译（3000字）4. 完成毕业设计说明书一

6、份；完成毕业课题的计划安排序号内容时间安排1机械手总图2011.2.23至2011.3. 32控制电气原理图，梯形图、接线图2011.3. 3至2011.3.133外文翻译（3000字）2011.3.13至2011.4.54整理毕业设计说明书并定稿，准备答辩2011.4.5至2011.4.105答辩2011.4.10至2011.4.20答辩提交资料外文资料翻译，毕业设计调研报告，毕业设计说明书，相关图纸。计划答辩时间2011.4.20-2011.4.30毕业设计调研(dio yn)报告伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温(go

7、wn)、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是机械手系统中传统的任务执行机构，是机器手的关键部件之一。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成货物的传送和装卸；广泛的应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存

8、，显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。国际上目前生产机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB及奥地利的GM公司。 随着工业机械化和自动化的发展以气、液动技术自身的一些优点，气、液动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。从各国的行业统计资料来看，近30多年来，此行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动(q dn)元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。近20年来，气

9、动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、液压机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。摘要(zhiyo)摘要(zhiyo)： 机器是由机械装置和其它组件组成的。它是一种用来转换或传递能量的装置，例如：发动机、涡轮机、车辆、起重机、

10、印刷机、洗衣机、照相机和摄影机等。许多原则和设计方法不但适用(shyng)于机器的设计，也适用于非机器的设计。术语中的“机械装置设计” 的含义要比“机械设计”的含义更为广泛一些，机械装置设计包括机械设计。在分析运动及设计结构时，要把产品外型以及以后的保养也要考虑在机械设计中。在机械工程领域中，以及其它工程领域中，所有这些都需要机械设备，比如：开关、凸轮、阀门、船舶以及搅拌机等。关键词： 设计流程 设计规则 机械设计AbstractA machine is a combination of mechanisms and other components which transforms, tra

11、nsmits. Examples are engines, turbines, vehicles, hoists, printing presses, washing machines, and movie cameras. Many of the principles and methods of design that apply to machines also apply to manufactured articles that are not true machines. The term mechanical design is used in a broader sense t

12、han machine design to include their design. the motion and structural aspects and the provisions for retention and enclosure are considerations in mechanical design. Applications occur in the field of mechanical engineering, and in other engineering fields as well, all of which require mechanical de

13、vices, such as switches, cams, valves, vessels, and mixers.Keywords: Mechanical Design mechanisms Design Process提供全套图纸 毕业设计代做 QQ 2609116541第一章 引言(ynyn)机械手：mechanical hand，也被称为(chn wi)自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重(fnzhng)劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶

14、金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动

15、式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。第二章 设计(shj)思路2.1本文主要设计内容(nirng)及目的设计(shj)内容主要包括：机械手的执行系

16、统介绍、驱动系统设计、控制系统设计。本设计主要应用于机加工生产，货物调运等场合。搬运机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，提高了劳动生产率，保证了工件的质量，降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益2.2搬运机械手结构及其动作本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图31所示： 图21机械手的动作周期2.3机械手的控制过程如图32所示由A、B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作，A缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B缸通过一

17、双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢快慢的形式进行，返回时按慢快慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关SQ9，小车停止前进；停留5秒后

18、，B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢快慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位置。2.4机械手的控制(kngzh)要求为了便于生产加工、维修(wixi)、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步(y b)动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原

19、位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。第三章 机械手概况(gikung)3.1搬运(bnyn)机械手的应用简况在现

20、代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为(chngwi)突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换

21、生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：1.热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。2.冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3.拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多

22、的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高(t go)劳动生产率的重要因素。3.2 机械手的发展(fzhn)概况专用机械手经过几十年的发展，如今已进入(jnr)以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及

23、的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。5060年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。6070年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，

24、亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有| 识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具

25、有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。3.3机械手的发展趋势目前国内工业机械(jxi)于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展(fzhn)的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用(yngyng)范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示

26、教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定

27、的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻

28、找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。3.4执行系统(xtng)的介绍工业机器手的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍(jisho)如下。1.直角坐标机器(j q)手结构 直角坐标机器手的空间

29、运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2.1.a。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器手有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机器手的运动空间相对机器手的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器手的结构尺寸要比其他类型的机器手的结构尺寸大得多。直角坐标机器手的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器手主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。2.圆柱坐标机器手结构圆柱坐标机器手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图2.1.b。这种机器手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工

30、作空间是一个圆柱状的空间。3.球坐标机器手结构球坐标机器手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图2.1.c。这种机器手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4.关节型机器手结构关节型机器手的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2.1.d。关节型机器手动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器手本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器手。关节型机器手结构，有水平关节型和垂直关节型两种。3.5 PLC概况及在机械手中的应用1. 可编程序控制器的应用和发展概况可编程

31、序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业(gngy)自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前(yqin)，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠

32、硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。2.PLC的应用(yngyng)概况PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1）. 用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。2）. 用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O

33、模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。3）. 用于机械加工中的数字控制现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。4）. 用于工业机器人控制5）. 用于多层分布式控制系统高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。3. PLC的特点1）. 可靠性高、抗干扰能力强PLC能在恶劣的环境(hunjng)如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司

34、的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。2）. 控制系统(kn zh x tn)构成简单、通用性强由于PLC是采用软件编程来实现控制(kngzh)功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。3）. 编程简单、使用、维护方便4）. 组合方便、功能强、应用范围广PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。5）. 体积小、重量轻、功耗低PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也

35、很低，空载功耗约1.2KW。5.PLC在机械手中的应用机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广; 体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。第四章 机械手驱动系统(xtng)设计工业机器手的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三

36、类基本驱动系统的主要特点(tdin)如下。1.液压驱动(q dn)系统由于液压技术是一种比较成熟的技术，它具有动力大、力（或力矩）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机器手。但是，液压系统需要进行能量转换（电能转换成液压能），速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄露会对环境产生污染，工作噪音也较高。2.气动驱动系统具有速度快，系统结构简单，维修方便、价格低等特点。适用于中、小负荷的机器手中采用。但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器手中，如在上、下料和冲压机器手中应用较多。3.电气驱动系统由

37、于低惯量、大转矩的交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉冲宽度调制器）的广泛采用，这类驱动系统在机器手中被大量采用。这类驱动系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后面需安装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的工作环境中，成本上也较其他两种驱动系统高。但因为这类驱动系统优点比较突出，因此在机器手中被广泛的使用。4.机械(jxi)驱动系统系统结构较复杂，安装自由度小，而输出的力较小，在定位精度方面最为优秀，动作速度小，相应速度低于气动和电气系统。控制简单，控制自由度小。多用于精密仪器。表2.1给出了各种控制方式(fngsh)的比较：表2.1 各

38、种控制(kngzh)方式的比较项目气压传动液压传动电气传动机械传动系统结构简单复杂复杂较复杂安装自由度大大中小输出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高动作速度大稍大大小相应速度慢快快中清洁度清洁可能有污染清洁较清洁维护简单比气动复杂需要专门技术简单价格一般较高高一般技术要求较低较高最高较低控制自由度大大中小4.1工业机器手驱动系统(xtng)的选择原则 设计机器手时，驱动系统的选择，要根据机器手的用途、作业要求、机器手的性能规范、控制功能、维护的复杂程度、运行的功耗(n ho)、性价比以及现有的条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上，综合上述各因素，充分论证其合理性、可行性、

39、经济性及可靠性后进行最终的选择。一般情况如下：1.物料搬运（包括上下料）使用的有限点位控制的程序控制机器手，重负荷的选择(xunz)液压驱动系统，中等负荷的可选电机驱动系统，轻负荷的可选气动驱动系统。冲压机器手多采用气动驱动系统。2.用于点焊和弧焊及喷涂作业的机器手，要求具有点位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统。只有采用液压或电动伺服系统才能满足要求。点焊、弧焊机器手多采用电动驱动系统。重负荷的任意点位控制的点焊及搬运机器手选用液压驱动系统。4.2机器手液压驱动系统 上第一台机器手中应用到现在，已在工业机器手中获得了广泛的应用。目前，虽然在中等负荷以下的工业机器手中大量采用电机驱动系统，但是

40、在简易经济型、重型的工业机器手和喷涂机器手中采用液压系统的还仍然占有很大的比例。液压系统在机器手中所起的作用是通过电液转换元件把控制信号进行功率放大，对液压动力机构进行方向、位置、和速度的控制，进而控制机器手手臂按给定的运动规律动作。液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动马达，连续回转的液压马达用得很少。在工业机器手中，中、小功率的液压驱动系统用节流调速的为多，大功率的用容积调速系统。节流调速系统，动态特性好，但是效率低。容积调速系统，动态特性不如前者，但效率高。机器手液压驱动系统包括程序控制和伺服控制两类。1.程序控制机器手的液压系统这类机器手属非伺服控制的机器手，在只有简单搬运作业功能

41、的机器手中，常常采用简易的逻辑控制装置或可编程控制器对机器手实现有限点位的控制。这类机器手的液压系统设计要重视以下方面：（1）液压缸设计：在确保密封性的前提下，尽量选用橡胶与氟化塑料组合的密封件，以减小摩擦阻力，提高液压缸的寿命。（2）定位点的缓冲与制动：因为机器(j q)手手臂的运动惯量比较大，在定位点前要加缓冲与制动机构或锁定装置。（3）对惯量比较大的运动轴的液压缸两侧最好加设安全(nqun)保护回路，防止因碰撞过载而损坏机械结构。（4）液压源应该加蓄能器，以利于多运动轴同时动作或加速运动提供瞬时能量(nngling)储备。2.伺服控制机器手的液压系统具有点位控制和连续轨迹控制功能的工业机

42、器手，需要采用电液伺服驱动系统。其电液转换和功率放大元件有电液伺服阀，电液比例阀，电液脉冲阀等。由以上各类阀件与液压动力机构可组成电液伺服马达，电液伺服液压缸，电液步进马达，电液步进液压缸，液压回转伺服执行器等各种电液伺服动力机构。根据结构设计的需要，电液伺服马达和电液伺服液压缸可以是分离式，也可以是组合成为一体。如果是分离式的连接方式，要尽量缩短连接管路，这样可以减少伺服阀到液压机构间的管道容积，以增大液压固有频率。在机器手的驱动系统中，常用的电液伺服动力机构是电液伺服液压缸和电液伺服摆动马达，也可以用电液步进马达。液压回转执行器是一种由伺服电机，步进电机或比例电磁铁带动的一个安放在摆动马达

43、或连续回转马达转子内的一个回转滑阀，通过机械反馈，驱动转子运动的一种电液伺服机构。它可安装在机器手手臂和手腕的关节上，实现直接驱动。它既是关节机构，又是动力元件。4.3机器手气动驱动系统气动机器手采用压缩空气为动力源，一般从工厂的压缩空气站引到机器手作 业位置，也可以单独建立小型气源系统。由于气动机器手具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适宜在恶劣环境下工作等特点，因此它在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温条件下作业，机床上、下料，仪表及轻工行业中、小型零件的输送和自动装配等作业，食品包装及运输，电子产品输送、自动插接，弹药生产自动化等方面获得大量应用。气动

44、驱动系统大体由以下几部分组成：1.气源 由总压缩空气站提供。气源部分包括空气压缩机，储气罐，气水分离器，调压器，过滤器等。2.气动(q dn)三联件 由分水滤气器，调压器，油雾器三大件组成，可以是分离式，也可以是三联组装式的，多数(dush)情况下用三联组装式结构。3.气动阀 气动阀的种类很多，在工业(gngy)机器手的气动驱动系统中，常用的阀件有电磁气阀、节流调速阀、减压阀等。4.气动执行机构 多数情况下使用气缸（直线气缸或摆动气缸）。直线气缸分单动式和双动式两类。除个别用单动式气缸外（如手爪机构上用的），多数采用双动气缸。5.制动器 气动机器手的定位问题很大程度上是如何实现停点的制动。6.

45、限位器 气动机器手各运动轴的制动和定位点到位发讯，可由编程器发指令，或由限位开关发讯。4.4机器手电动驱动系统这些年来，针对机器手，数控机床等自动机械而开发的各种类型的伺服电动机及伺服驱动器的大量出现，为机器手驱动系统的更新创造了条件。由于高起动力矩、大转矩低惯量的交、直流电机在机器手中的应用，因此一般情况下，负重在100kg以下的工业机器手大多数采用电动驱动系统。 在机器手驱动系统中应用的电动机大致可分为如下类型：小惯量永磁直流伺服电动机，有刷绕组永磁直流伺服电动机，大惯量永磁直流伺服电动机（力矩电机），反应式步进电机，同步式交流伺服电动机，异步式交流伺服电动机。1.机器手驱动系统电机的选择

46、机器手的驱动系统电机的选择要根据机器手的用途、功能、结构特点，结合各类电机自身的特点、性能、结构特点以及性能价格比等综合考虑进行。根据机器手各运动轴所计算的、要求电机的转速、负载额定力矩、加减速特性、额定功率、加速功率等参数选择电机型号。2.机器手电动驱动系统伺服驱动器（1）直流电机伺服驱动器直流伺服电机驱动器目前多采用脉冲宽度调制（PWM）伺服驱动器。PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好，响应快、效率高、过载能力强等特点。目前已广泛应用于各类数控机床、工业机器手及其它机电一体化产品中用做直流伺服电机的驱动(q dn)。（2）步进电机(dinj)驱动器步进电机的控制装置主要包括脉冲发生器

47、，环行分配器和功率放大(fngd)器等几部分组成。功率放大器的作用是将环行分配器输出的毫安级电流放大成安培级电流以驱动步进电机。目前功率放大器多采用高低压驱动电路。第五章 搬运机械手硬件系统设计硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。5.1机械手的结构设计其结构如图32所示图32：机械手的结构(jigu)示意图图中设置(shzh)9个行程开关SQ1SQ9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中SQ1为工件是否到位的检测开关；SQ2为小车原位检测开关；SQ3、SQ4分别为机械手下降上升(shngshng)是否到位检测开关；SQ5、SQ6分别为机械

48、手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8分别为小车速度转换开关；SQ9为小车运动停止开关。5.2电气控制的设计包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触器KM3和KM4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。5.3操作面板及动作说明根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原

49、位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。其操作面板如图33所示：图33机械手操作(cozu)面板示意图5.4 I/O分配(fnpi)I/O设备(shbi)即所需的I/O点数如下表所示：信号I/O设备I/O点数信号I/O设备I/O点数输 入操作方式选择旋钮开关手动时运动选择按钮启动停止按钮行程开关5829输出交流接触器控制线圈电磁阀动作指示原点指示4381根据I/O点的分配(fnpi)要求及考虑10%

50、到15%的I/O裕量，本设计PLC采用F160MR 36/24型，样图见根据(gnj)I/O点的分配要求及考虑10%到15%的I/O裕量，本设计(shj)PLC采用F160MR 36/24型，样图见图3-4所示：图34 F1-40MR样图控制电路设计主要是PLC输入、输出接线的设计，其I/O分配如图35所示。电气接线图见附图图35 PLC I/O接线控制图第六章 搬运(bnyn)机械手的软件系统设计机械(jxi)手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的PLC控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制6.1梯形图的总体设计按照机械手控制和工艺流程的要求(yoqi)，在选择“手动方式”时应执行手

51、动程序；在选择“回原位”时应执行回原位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图36所示。图36搬运机械手PLC控制梯形图总体构成6.2各部分(b fen)梯形图的设计1.通用(tngyng)部分梯形图设计通用部分(b fen)梯形图分为三部分：1）. 状态器的初始化。初始化状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关置于“返回原位”（X514接通）时，按下复位按钮（X507）时被置位，在“手动操作”（X510）接通时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作，即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时，中间状态

52、器同步复位。故初始化梯形图如图37所示，（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）。图37 状态器初始化梯形图2）. 状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步一步的向下传递，即可进行转换。在执行“连续程序” 时，转换启动继电器M575一直保持到停机按钮按下为止。另一面采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态器开始进行转换，故其梯形图如图38所示。图38状态器转换(zhunhun)启动梯形图3）. 状态器转换(zhunhun)禁止梯形图。激活特殊辅助

53、继电器M574并用步进梯形指令(zhlng)控制状态器转换时，状态器的转换就被自动禁止。在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并自保持，操作停止在现行工步。当按下停止按钮时，从现行工步重新开始工作，M574应复位，即重新允许新转换。在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但没按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一次。在“手动”工作方式时禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位，PLC在启动时，用初始化脉冲M71和M574自保持，以此禁止状态转换，直到按下启动按钮。故状态器转换禁止梯形图如图38

54、所示。图38 状态器转换禁止梯形图通过对37和38的分析可得出：在执行“手动操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通，（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时没按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的转换可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的转换被禁止，操作停止在现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续程序”时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。2.手动操作(cozu)梯形图手动操作方式

55、由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规(chnggu)继电器顺序方式来设计梯形图。“手动操作(cozu)时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y435保持接通；按下下降按钮，Y436保持接通；在上限位按下慢进按钮，慢进输出Y430接通，至行程开关SQ7闭合，小车停止；快进、快退、慢退情况同慢进。手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X403闭合）或右限位（即X412闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X404接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正

56、反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。故手动操作时梯形图如图39所示。图39 手动操作(cozu)梯形图3.返回(fnhu)原位梯形图 在“返回(fnhu)原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。故返回原位梯形图如图310所示：4.“自动”状态梯形图 图311表示了机械手自动工作时执行各工步的情况，表示了各工步的实现和转换的条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y436接通。自下限位置时，X404接通，转换为“夹持”过程；夹持电磁阀Y434复位，至加紧限位X406接通，转

57、换为上升动作；当上限为开关SQ4闭合，X405接通，小车开始慢进动作。快进、慢进、延时、下降、加紧、上升、慢退、快退、慢退动作依次类推，如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。图311搬运(bnyn)机械手自动工作流程图用状态器代替自动工作(gngzu)流程图的各工步，可得到312所示的功能表图：图312 搬运(bnyn)机械手自动工作功能表图根据(gnj)图312所示的自动(zdng)工作功能表图，可设计出自动操作时的梯形图如图313所示。图313搬运机械手自动工作梯形图5、绘制搬运机械手PLC控制梯形图将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体结构图（图36）的形

58、式组合在一起，得到机械手PLC控制的梯形图。附图：搬运机械手结构图搬运机械手动作流程图搬运机械手plc接线图搬运机械手PLC I/O分配表搬运机械手液压图结论(jiln)通过这次毕业设计，使我进一步理解了所学过的理论知识及具体运用了这些知识。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练(xnlin)。因此，它在大学三年的学习中占有非常重要的地位。通过这次毕业设计，我对轴套压装专机有了具体的接触，了解了压装专机的工作原理和工作过程，发现(fxin)了许多人工手动操作压入轴套的不足和弊端，由此想出了用机器来代替手动压装，这样不紧提高了工作效率、减少了劳动

59、强度、也增强了定位精确度。但我们所设计的牙嵌式离合器容易打滑，磨损较厉害，严重影响了使用寿命，使用频率高，电机频繁启动，鉴于以上不足，今后的设计可以采用液压控制方案。就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对自己今后将从事的工作进行一次适应性训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力。同时也学会了查图表、资料、手册等工具书,知道怎样更好地利用这些工具书。通过实例对轴套压装专机的制造和电机及减速器的选择，弹簧计算，离合器计算等做了一次练习。总之，这次毕业课程设计使我受益匪浅，为以后的工作打下一个良好的基础。在此，非常感谢我的指导老师在设计过程中耐心的指导,也要感谢各位同学给我的帮助.由于能力所限

60、，设计中仍存在许多不足之处，希望各位老师给予批评指教。参考文献1. 王炳实. 机床电气控制.第三版. 北京(bi jn)：机械工业出版社，2004年：146-1622. 王本轶. 机床设备控制基础. 北京：机械(jxi)工业出版社，2005年：283-2883. 丁树模. 液压传动. 北京：机械(jxi)工业出版社，2007年4. 林平勇. 高崇. 电工电子技术.第二版：北京：高等教育出版社，2004年5熊幸明. 曹才开. 一种工业机械手的PLC控制.微计算机信息，2006年，第22卷第11期:120-1226. 孔秀艳. 一种四轴搬运机械手的PLC控制. 大众科技，2008年，第7期：112