【机械手】-焊接机械手设计

---宋停云与您共享------宋停云与您共享---江苏城市职业学院五年制（高职）毕业设计论文设计课题：焊接机械手设计学 校：江苏城市职业学院（常熟办学点）年 级： 2009级专 业： 机电一体化姓 名： 曹胜学 号： 0921010113指导老师： 杜建峰职 称： 讲师201312月---宋停云与您共享------宋停云与您共享---摘要此次设计的焊接机械手实际是五自由度的关节机器人。接受步进电机驱动、微机把握，结构紧凑，工作范围大，动作机敏，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。5-50mm/s。电气系统的设计就是运用机电传动的学问，即PLC系统进行把握，PLC把握系统有西门子系统，欧姆龙系统等。焊接 机械手 PLC---宋停云与您共享------宋停云与您共享---目 录前 言 1第一章焊接机械手的总体方案设计 2焊接机器人的主要组成 2焊接机器人大臂的设计 3大臂的工作方式 3大臂电动机的选择 3大臂上谐波齿轮传动的设计 4焊接机器人末端执行器的设计 6其次章PLC系统设计 .电气设备概述 9电气把握的变压系统部分设计 9电气把握的部分设计 9PLC的应用 11梯形图的设计 11用功能表图表示把握过程 13I/O支配表与配线图 14写出梯形图 16小结 19致谢 20 21---宋停云与您共享------宋停云与您共享---前 言工业机器人由操作机（机械本体、把握器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动把握、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。特殊适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高劳动生产效率，改善劳动条件和产品的快速跟新换代起着格外重要的作用。国外机器人领域进展近几年有如下几个趋势：1、工业机器人性能不断提高，而单机价格不断下降；2、机械结构向模块化、可重构化进展，国外已有模块扮装配机器人产品问世；3、工业机器人把握系统向基于PC机的开放型把握器方向进展，便于标准化、网络化；4、机器人中的传感器作用日益重要，除接受传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则接受视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策把握5、虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、猜想进展到用于过程把握；6、当代遥控机器人系统的进展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人80年月“七五”科技攻关开头起步，在国家的支持下，通过“七---宋停云与您共享------宋停云与您共享---第一章焊接机械手的总体方案设计焊接机器人的主要组成；末端执行1、手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。3-103-62、机器臂的把握：在电动伺服系统中，驱动机械臂各关节的是步进电机或直流伺服电3、腕部机构支承机器人手部装置并调整其姿势，一般有2-3个自由度，使位于机械臂4、机器人的手部装置又称末端执行器。依据作业性质不同，机械臂末端的执行器有不同形式。1)焊接机器人和喷涂机器人的末端分别为固定焊枪和喷枪的夹具。2)搬运大件光整平板的机器人一般接受真空吸附式末端执行器3)4)运送铁磁物质的机器人还可以将电磁吸盘作为末端执行器。---宋停云与您共享------宋停云与您共享---焊接机器人大臂的设计大臂的工作方式手臂结构设计要求1、手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求。工作空间的外形和大小与手臂的长度、手臂关节的转角范围亲热相关2、依据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面外形和高强度轻质材料，如常3、尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷；削减运转的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。4、要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度，接受缓冲和限位装置提高定位精度。电动机驱动的关节型机器人的大臂是用高强度铝合金材料制成的薄壁框形结构大臂电动机的选择大臂电动机是驱动大臂做摇摆，选用75BYG4501型号，如下表：---宋停云与您共享------宋停云与您共享---表1-1大臂电动机参数型号步距角相数驱动电压/V相电（流）/A静转距/N·M空载启动频率空载运行频率/K·P·P·S转动惯量/kgcm2相电感/mH重量/kg75BYG45010.9/1.845031.51200≥150.92.51.5大臂上谐波齿轮传动的设计1、谐波减速器在机器人中的应用由于谐波减速器装置具有传动比大、承载力气强、传动精度高、传动平稳、效率高，体1.1谐波齿轮减速器目前工业机器人中常用的谐波减速器有三种型式。此次设计选用的是带杯形柔轮的谐波传动如图1.16，杯形柔轮1、椭圆盘431.1谐波齿轮减速器2、谐波减速器工作原理4—16GR---宋停云与您共享------宋停云与您共享---向不同分别处于“啮人”或“啮出”状态，当波发生器连续回转时，啮人区和啮出区将随着表1-2谐波齿轮减速器性能参数额定输入转速额定输出力矩规格产品型号模数m减速比ir/minN·m８０ＸＢ－８０－２０２Ｂ０.２２０２≤３０００１２０其外形及安装尺寸如图1.2及表1-3：图1.2谐波齿轮外形表1-3谐波齿轮安装尺寸机型ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ1157781．61580346.5105８０ＪＫＬＯＰＱＲＳＴ14516．326565．53645---宋停云与您共享------宋停云与您共享---1.3焊接机器人末端执行器的设计机器人是一种通用性较强的自动化作业设备，末端执行器则是直接执行作业任务的装设计时的要求：此次设计的产品是五自由度的焊接机器人，因此它的未端执行元件是焊枪，随着气保焊---宋停云与您共享------宋停云与您共享---co的广泛运用，气体疼惜焊更容量实现自动化，因此我选用的是盘将其固定于手腕末端。具体的选用原则如下所述：1、送丝机的选择弧焊机器人配备的送丝机可按安装方式分为两种。

2气体疼惜焊，用末端法兰---宋停云与您共享------宋停云与您共享---一种是将送丝机安装在机器人的上臂的后部上面与机器人组成一体的方式---宋停云与您共享------宋停云与您共享---对填丝的脉冲TIGTIG焊机器人配备脉动送丝机的状况已逐步增多。2、送丝软管的选择和保持送丝稳定的措施(TEFLON)或尼龙lmm左右。造成弧焊机器人送丝不稳定的缘由往往是软管阻力过大。一方面可能是选用的导3、焊枪的选择焊接机器人用的焊枪大部分和手工半自动焊用的鹅颈式焊枪基本相同般都小于45°，可以依据工件特点选不同角度的鹅颈，以改善焊枪的可达性。但如鹅颈角0°，一旦导电嘴稍---宋停云与您共享------宋停云与您共享---机器人TCP4、防撞传感器对于弧焊机器人除了要选好焊枪以外，还必需在机器人的焊枪把持架上配备防撞传感一TCP焊炬和MIG／MAG焊枪的把持架上都必需装有防撞传感器。---宋停云与您共享------宋停云与您共享---其次章PLC系统设计电气设备概述PLC电气把握的变压系统部分设计依据PLC输出端的特点，本系统共需以下四种电压：1）作为PLC电源的沟通220伏2）线圈所需电源沟通100伏3）电磁铁所需电源直流24伏4）原点指示灯所需电源沟通6.3伏变压系统的左右两端均接受空气断路器作为短路疼惜及长期过载疼惜，其中直流 110伏需要安装整流器。电气把握的部分设计1、PLC应用概述可编程序把握器Controller）简称PC，早期也称为PLC(ProgrammaboeLogicControllerP”PersonalComputePLC是从60年月传统的继电器接触器把握虽具有其自身的特点，但其把握装置体积大，动作速度较慢，PLC的应用领域格外广，并正在快速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可接受。而对当今的PLC，几乎可以说凡是需要把握系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不断增加，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、电力、建筑、交通运输等各行各业。一般来说，小型PLC主要用于单机自动化，而大、中型PLC则是自动生产线上不行缺少的把握部件。PLC主要有以下几种把握类型：规律把握、模拟把握、机械加工中心的数字把握、工业---宋停云与您共享------宋停云与您共享---机器人把握、多层分布式把握系统等。2、PLC的特点牢靠性高，抗干扰力气强。F1F2PLC30PLC把握系统构成简洁，通用性强PLC是一种存储程序的把握器，其输入和输出设备可直接连接在PLC的I/O端。即其输入端可接无源触点开关，其输出可直接驱动接触器和电磁阀等执行元件。PLC的硬件设备。编程简洁、使用、维护便利PLCPLC具有故障检测、自诊断等功能，能准时地查出自身的故障并报警显示，使操作人员能快速地检查、推断、排解故障，具有较强的在线编程力气，维护格外便利。组合便利、功能强、应用范围广现代的PLC不仅具有规律运算、定时、计数、步进的功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数学运算和数据处理以及通信联网、生产过程把握等。体积小、重量轻、功耗低PLC的空载功耗约为1.21.8m高的继电器的功能。3、PLC的分类PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可按以下三种状况分类：1）按PLC的结构形成分类可分为大、中、小三个等级。2）PLCI/O3）按PLC的功能分为为高、中、低档三种4、PLC系统的组成PLC是以CPU为核心的电子系统，实际上就是一种工业把握用的专用计算机，它由硬件系统和软件系统两大部分组成的，一般小型PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入和输---宋停云与您共享------宋停云与您共享---出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成，PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。5、PLC的工作方式PLCPLC运行工作时，对用户程序作周期循CPUPLCPLC梯形图的设计PLC梯形图的设计一般分为以下几个步骤：1、对实际问题进行分析，确定哪些是输入量，确定哪些是输出量。2、根椐所需的I/O点数和把握的简洁程度进行PLC选型。PLC的选型主要从以下几方面进行考虑：分为整体式和模块式两种。整体式一般价格较低，对于单台仅需开关量把握的设备，选用小型整体PLC就可以满足要求；对于简洁的，I/OA/D，D/APLC容量指用户存储器容量（程序容量）I/O点数两方面的含义，选择存25I/O10％～15％留出裕量。PLC可供应3种类型的输出：继电器输出（有触点，晶体管输出和晶闸管输出（无触点，其中继电器的输出的PLC价格廉价，适用的电压范围广，交直PLC；而对于频繁通电的负载，则应接受无触点开关输出，即选用晶体管或晶闸管。3、将输入量依次支配给输入继电器，输出量依次支配给输出继电器，画出I/O端子支配图。4PLC5、依据梯形图写出指令。---宋停云与您共享------宋停云与您共享---表2-1数据通道信号支配表CP7I/O计数继电器区和数据存储区。对各区的访问接受通道的概16表2-1数据通道信号支配表18151808181519001907161815一个扫描周期，作初始化处理。---宋停云与您共享------宋停云与您共享---用功能表图表示把握过程图2.1把握过程如图所示，用L激活初步后，通过方式选择开关SA3建立半自动和点动两个序列。当SA3断开时，通过它的动断触点进入半自动工作方式。按夹紧按钮，系统按转台-大臂-小臂分别代替工步。---宋停云与您共享------宋停云与您共享---I/O依据把握要求，可将输入/输出元件按下图分类并支配相应的I/O点。如下所示：输入输入输出121236器件名称点 号器件名称点 号启动SB0000转台旋转M10500停止SB0001大臂摇摆M20501转台角度传感器SQ0002小臂摇摆M30502大臂转动传感器SQ0003手腕摇摆M40503小臂摇摆传感器SQ0004手腕转动M50504手腕摇摆传感器S40005送丝M0505手腕转动传感器S50006手动指示灯HL10506工件检测光电开关S60007自动指示灯HL20507自动 S1-1 0008工作指示灯HL30508手动 S1-2 0009转台手动把握S30010大臂手动把握S40011小臂手动把握S50012腕转手动把握S60013腕摆手动把握S70014送死手动把握S80015---宋停云与您共享------宋停云与您共享---配线图如下：---宋停云与您共享------宋停云与您共享---SB1SB2

DC24V

0006000700080009001000110012001300140015

C40P

050605070508COM

M0000050000000500M00010501MCOM0502M00020503M00030504M00040505M0005COMM2M3M4M5M6HL1HL2HL3DC24V---宋停云与您共享------宋停云与您共享---图2.2配线图---宋停云与您共享------宋停云与您共享---写出梯形图---宋停云与您共享------宋停云与您共享---0000 000110000008 0009 10001001

10001001---宋停云与您共享------宋停云与您共享------宋停云与您共享------宋停云与您共享---1001 000210020002 00031003

10021003

转台旋转大臂摇摆---宋停云与您共享------宋停云与您共享------宋停云与您共享------宋停云与您共享---0003 0004

1004

小臂摇摆---宋停云与您共享------宋停云与您共享---1004---宋停云与您共享------宋停云与您共享---0004 000510050005 000610060006 10081007

100510061007

手腕摇摆手腕转动---宋停云与您共享------宋停云与您共享------宋停云与您共享------宋停云与您共享---1007 TIM

延时#0050---宋停云与您共享------宋停云与您共享---TIM01 000710080009 001010020009 001110030009 00121004

1008050005010502

送丝转台旋转大臂摇摆小臂摇摆---宋停云与您共享------宋停云与您共享---000900130009001305031005000900140504100600090015050510081000050600081000050710010508END(01)腕转送丝手动指示灯自动指示灯工作指示灯2.3梯形图---宋停云与您共享------宋停云与您共享---小结1.焊接机器人设计重点是大臂和小臂的设计,手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的，但多数机器人的手臂和3-103-6个自由度。由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构，使操作运动具有通用性和机敏性，这也是区分于一般自动机的特点器人柔性加工技术及其相关的把握器PC化,网络化和智能化的应用争辩已成为焊接自动化机器臂的把握：在电动伺服系统中，驱动机械臂各关节的是步进电机或直流伺服电机。步进电机从驱动器得到一系列脉冲信号，每个脉冲信号使步进电机轴产生确定的角位移。一般不需要反馈回路和位置编码器，把握比较简洁。接受直流伺服电机的把握系统以测速器和角度编码作为反馈装置，能够精确地把握机械臂关节轴的运动，它的工作状态平稳，旋转速度可以连续调整，对加速和减速指令都能快速作出反应。总之在生产过程中要依据实际状况实际面对,以满足需要。---宋停云与您共享------宋停云与您共享---致谢将近2个月的毕业设计马上就要结束了.经过本次毕业设计,我从中学到了很多书本上学不到的东西,这次使我受益匪浅.---宋停云与您共享------宋停云与您共享---.<<>>（5卷）.>>.,1995>>.,2000>>.,2004>>（2卷）.>>（5卷）.2>>.,2002>>.,2003>>（单行本>>.---宋停云与您共享------宋停云与您共享---机械手PLC---宋停云与您共享------宋停云与您共享---生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率;可以减轻劳动空气取之不（环保的概念）2.空气的沾性很小，管路中压力损失也很小（一般气路阻力损失不到油路的千分之一3.4～8/每平方厘米)，因此对动元件的材质和制造精度要求可以降低。4.与液压传动相比，它的5.空气介质清洁，亦不会变质，管2.由于使用气用气压驱动与用其他能源驱动比较有以下优点：空气取之不竭，用过之后排入大气，不需回收和处理，不污染环境。偶然的或少量的泄漏不致对生产发生严峻的影响。空气的粘性很小，管路中压力损失也就很小，便于远距离输送。压缩空气的工作压力较低，因此对气动元件的材质和制造精度要求可以降低。一般说来，往复运动推力在1~2吨以下接受气动经济性较好。与液压传动相比，它的动作和反应都快，这是气动的突出优点之一。空气介质清洁，亦不会变质，管路不易堵塞。它可平安地应用在易燃、易爆和粉尘大的场合。又便于实现过载自动疼惜.二﹑机械手的组成---宋停云与您共享------宋停云与您共享---执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹传动系统把握系统三﹑机械手的分类和特点主要特点：机械手（上下料机械手、装配机械手、搬运机械手、堆垛机械手、助力机械手、真空搬运机、真空吸吊机、省力吊具、气动平衡器等）。悬臂起重机（悬臂吊、电动环链葫芦吊、气动平衡吊等）导轨式搬运系