机械手说明书完整标准版

PAGEPAGE2SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ课程设计说明书二维机械手，二号黑体学院：农业工程与食品科学学院专业：农业机械化及自动化学生姓名：指导教师：程卫东2011年7月目录TOC\o"1-3"\h\z第一章绪论 11设计目的 11.2设计内容 21.3设计要求 2第二章总体方案设计 22.1机械部分设计 22.2控制部分设计 32.21技术要求 32.22驱动控制系统 32.23设计方案简图 4第三章结构设计 53.1手抓的设计 5第四章驱动系统设计 54.1气缸设计 54.11气缸1的设计 54.12气缸2的设计 64.13气缸3的设计 64.2空压机及控制元件的选择 74.21耗气量的计算 74.22控制元件的选择 74.3步进电机的选择 94.4谐波齿轮减速器的选用 94.5压力传感器的选用 10第五章控制系统设计 105.1回原点程序 125.2手动程序 145.3自动程序 16参考文献 20二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章绪论计算及说明结果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：①旋转动作：旋转角度范围为360度v=6r/min②竖直移动：竖直移动范围0到400mmv=100mm/s③横直移动：横直移动范围0到250mmv=100mm/s④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⑤自由度数：3个自由度⑥坐标形式：圆柱坐标2.2控制部分设计2.21具体的技术要求如下：=1\*GB3①通过机械手实现物品的搬运、传输等功能。=2\*GB3②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。=3\*GB3③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=1\*GB3①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。=2\*GB3②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。=3\*GB3③选用传感器为压力传感器实现抓取力的检测，行程开关来实现位置检测2.23总体设计方案简图=6r/min=100mm/=100mm/气缸控制图计算及说明结果第3章结构设计3.1手爪的设计1.设计需满足的要求：=1\*GB3①手爪所抓起物块尺寸为直径100mmX高度300mm,重量为20kg其行程为0~275mm=2\*GB3②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。=3\*GB3③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、型号：肘节型气爪MHT2缸径：40mm特点：采用肘节结构，故在支持点的保持力矩大，压缩空气切断时工件也能保持/html/products/60/606494.asp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=π4D2-取d=0.5D,气缸压强取p=0.5MPa求得：气缸的内径D=40mm活塞杆d=20mm材料缸体：铝合金ρ=2.7g/cm3活塞杆：合金钢ρ=7.9g/cm3重量：G=20N缸体：=53mm4.12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/product_Show.asp?id=604气缸的内径：D=32活塞杆：d=20mm适用压力范围：0~0.5MPa缸体材料： Q235活塞杆材料：Q235缸体：346mm4.13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：可选中小型气压缸缸的内径：D=50活塞杆d=25mm适用压力范围：0~0.5MPa缸体材料：铝合金ρ=2.7g/cm3活塞杆材料：合金钢ρ=7.9g/cm3缸体：513mm4.2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=V*A竖直气压缸缸Q2=785mm3/s4.22选择控制元件由于工作压力P=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/products/2010-4-22/379141-1.html二位二通电磁换向阀：22D-10B/trade/detail--209978723.html行程阀：XQ250612使用压力：0.15-0.8MPa/st165486/product_2623569.html节流阀：优势力士乐单向节流阀SVLD546P20S压力范围：1MPa/product-detail/100003250564.html减压阀：Y43H/Y型活塞式蒸汽减压阀出口压力范围：0.1—1.0MPa最高进口压力：1.6MPa/pro-detail.asp?pid=522油雾器：CAL2000～5000系列油雾器最高使用压力:1.0MPa/provide/detail,1336032150.html空气过滤器：台湾气立可CHELICAFR-150压力范围：0.5-8.5MPa/instrument.aspx?id=55b12fa602d64e13ba83190d12b91178&dn=17空压机：长沙(3.1m3/min)L18.5螺杆式空压机重量：600KG驱动方式:皮带冷却方式:风冷噪音:63±1电源(V/ph/Hz):380V-50HZ-3PH外型尺寸：1150X885X1425mm压力：0.75-13Mpa功率：7.5-315KW/company/show/pdetail--2033785--17553132.html4.3步进电机的选择计算转矩：T=GXL=(200+40+20+100+150)X0.3=150N.mP=T=2n/60L生产厂家:上海森创电机电气公司/sell/201012/30/sell_info_6261.html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=360n/60f=6r/min=if=6n/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220VAV=1/4i360/4.4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=10mmD=18mm外形尺寸：170X75X754.5压力传感器的选用美国kulite压力传感器/zt197353/ChiClass_2004598_1.html/zt197353/Product_3304132.html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：1000Ω重量：0.4g第五章控制系统设计PLC：名称：三菱FX1S系列PLC规格：FX1S控制规模:10-30点内置2K容量的EEPROM存储器,无需电池,免维护

CPU运算处理速度0.55-0.7μS/基本指令基本单元内置2轴独立最高100kHz定位功能(晶体管输出型5.1回原点程序：5.2手动程序：5.3自动程序程序梯形图：语句表：总程序：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→伸出控制面板：I/O接线图：I/O表:输入I口分配输出O口分配回原点SB4X0上升Y0手动X21下降Y1自动X22抓紧Y2启动SB1X1放松Y3急停SB2X2左旋Y4停止SB3X3右旋Y5上限位SQ4X4启动灯Y6下限位SQ5X5停止灯Y7左限位SQ6X6伸出Y10右限位SQ7X7缩回Y11力传感器X10原点灯Y12伸出限位SQ11X11缩回限位SQ12X12上升SB5X13下降SB6X14伸出SB7X15缩回SB8X16左旋SB9X17右旋SB10X24松开SB11X23加紧SB12X20手动SA1X25回原点SA2X26自动SA3X27梯形图：语句表：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/cpxl04.htm【7】.双导杆气缸的选用/product_Show.asp?id=604【8】.步进电机的选用/supply/%CE%F7%C3%C5%D7%D3%B1%E4%C6%B5%C6%F7.html?H=0&L=10&d=2&f=1&i=%B5%E7%C6%F8%3A%B5%E7%BB%FA&p=%C9%AD%B4%B4【9】压力传感器的选用/zt197353/ChiClass_2004598_1.html/zt197353/Product_3304132.htmlG=40NF≈500Np=0.5MPaD=40mmd=20mmG=20N=53mmD=32d=20mmp：0