机械手及控制系统设计
河北工程大学课程设计指导说明书课程题目: 机械手及控制系统设计专业:机械设计制造及其自动化一机电方向班级:机制11班学号8第一章 绪论题目要求。3 题目概况。3 气动机械手。3 气动机械手的发展趋势。3 课题的现实意义。4 第二章 气动机械手的操作要求及功能机械手移动动作示意图。5 机械手操作面板图。5 机械手的输入输出信号定义图。6 机械手顺序动作的要求。6 第三章 机械部分设计气动搬运机械手的结构。8 机械手的主要部件及运动。8 驱动机构的选择。9 机械手的技术参数列表。9 气动回路的设计。9 末端执行器的设计。10 升降手臂的设计。12 平移手臂的设计。14 第四章 机械手控制设计PLC 白勺简介。00000000000000000000000000000000000000000000000000000000。16PLC 白勺应用领域。00000000000000000000000000000000000000000000000000000 1 6PLC 白勺系统组成。00000000000000000000000000000000000000000000000000000 1 6PLC 白勺定乂及选择。000000000000000000000000000000000000000000000000000 1 7 机械手传送系统输入点和输出点分配表0000000000000000000000000000017 原理接线图0000000000000000000000000000000000000000000000000000018 控制程序流程图000000000000000000000000000000000000000000000000019 机械手控制软件设计000000000000000000000000000000000000000000000000000 21 控制系统程序00000000000000000000000000000000000000000000000000021 手动单步操作程序0000000000000000000000000000000000000000000000021 机械手系统梯形图0000000000000000000000000000000000000000000000023 语句表程序设计000000000000000000000000000000000000000000000000024 第五章 课程设计总结第一章 绪论机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它的特点是 可通过编程来完成各种预期的作业任务。在构造和性能上兼有人和机器的 优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中 完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。题目要求题目：机械手及控制系统设计 要求：机械手的各动作由气缸驱动，并由电磁阀控制题目概况机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸 零件的重复动作，以实现生产自动化。我国国家标准( GB/T12643 90)对 机械手的定义是“具有和人手臂相似的动作功能，可以在空间抓放物体， 或进行其他操作的机械装置” 。机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手：它作为整 机的附属部分，动作简单、工作对象单一、具有固定程序，适用于大批量 的自动生产。如自动生产线上的上料机械手、自动换刀机械手等。通用机 械手：它是一种具有独立控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。 它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，它的工作范围大、定位 精度高、通用性强，广泛应用于柔性自动线。气动机械手气动机械手与其他控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、 功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点。气动机械手是在已有的机械手基础上发展起来的，二者之间的区别在于 气动机械手发展的起点高，它强调模块化的形式，把专用机械手和通用机 械手结合起来。现代气动机械手的基本结构由感知部分、控制部分、主机 部分和执行部分四个方面组成。人们可以根据应用情况的不同，选择相应 功能和参数的模块。这是一种先进的设计思想，代表着气动机械手今后的 发展方向，也始终贯穿着气动机械手的发展及实用性。因此，气动机械手 可以代替一些功能不理想的工业机械手的地位，在目前的工业自动化线上 有着及其广泛的应用前景。气动机械手的发展趋势尽管世界工业经济发展放缓，使得气动机械手的发展受到一定的影响。 然而，作为新兴科学技术的产物，气动机械手的发展必将势不可挡。目前 气动机械手的发展呈现出以下趋势：1、机构模块化2、控制智能化3、感觉功能变强4、系统应用与集成化5、可靠性越来越高6、易操作更灵活7、向微型化方向发展课题的现实意义机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。年来随着工业自 动化的发展，机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械 手广泛地应用于锻压、冲压、装配、机加等各个行业。特别是在超重、高 温、有毒、危险、放射性等恶劣的生产环境中，机械手由于其显着的优点 而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻 工人劳动强度和实现工业自动化的一个重要手段，国内外都十分重视它的 应用与发展。可编程控制器（ PLC ）是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制 装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展， PLC 在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长 足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。本次课题设计的机械手就是通过 PLC 来实现自动化控制，通过此次设计 可以更进一步的学习 PLC 的相关知识，了解世界先进水平，尽可能的多应 用于实践。机械手移动动作示意图> .右移机械手操作面板图机械手的输入输出信号定义图（2）夹紧门呱U OFF "）放松机械手顺序动作的要求1）按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上 升，至上升限位开关动作。2）左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作3）下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作。4）启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若 检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作。5）手臂再次上升，至上升限位开关再次动作。6）右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作。7）手臂再次下降，至下降限位开关再次动作。8）放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务,然后重复循环以上过程。9) 按下停止按钮 SB2 或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时 机械手按停止前的动作继续工作。第三章 机械部分设计气动搬运机械手的结构机械手的种类很多，但按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式 球坐标式、关节坐标式、SCARA型。本次是一个用于传送带上轻型平动搬运机械手的设计。所针对的机械手属于 直角坐标式，如图所示，机械手主要是由基座和手臂两部分组成。基座的主要任 务是支撑。手臂装在基座上，作上下直线运动和伸缩运动，手部可夹紧/放松。机械手基座机械手立柱机械手原理图本机械手的全部动作由气缸驱动。气缸由电磁阀控制。驱动部分有升降气缸、 摆动气缸和手部驱动气缸。机械手的主要部件及运动在直角坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设 计要求，本设计的机械手具有 2 个自由度：手臂伸缩；手指升降。本设计的机械手主要由 3 个大部件和 3 个气缸组成：（ 1）手部，采用 一个气爪，通过机构运动实现手爪的张合。（ 2）升降臂部，采用直线缸来 实现手臂的伸缩。（ 3）平移臂部，采用气动滑台来实现手臂的平移。驱动机构的选择驱动机构是工业机械手的重要组成部分 , 工业机械手的性能价格比在 很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同 , 工业机械手的 驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。气动机械手因 为结构简单、成本低廉、重量轻、动作迅速、平稳、安全、可靠、节能和 不污染环境等优点而被广泛应用在生产自动化的各个行业。因此，机械手 的驱动方案选择气压驱动。机械手的技术参数列表一、用途：车间皮带机之间的搬运二、设计技术参数：1、抓重： 2Kg （夹持式手部）2、自由度数： 2个自由度3、坐标型式：圆柱坐标4、最大工作半径： 200mm5、机身最大中心高： 415mm6、主要运动参数：手臂伸缩行程： 400mm手臂伸缩速度： 300mm/s手指升降行程： 200mm手指升降速度： 200mm/s气动回路的设计机械手气动回路的设计主要是选用合适的控制阀，通过控制和调节各 个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动 作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作，设计的气动回路图如图所 示。气爪水平瞬机械手气动回路图本设计的气动机械手完成各个运动的气缸只有完全伸出和完全缩回两 个状态，选择两位五通换向阀扌空制各个气缸的运动方向，气缸的进出口回 路各设置一个单向节流阀，通过扌空制进出口空气流量的大小来扌空制气缸执 行器动力的大小和运动速度。设计中采用PLC控制机械
