基于PLC的小型搬运机械手控制系统设计含4张CAD图.zip

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目录.......................................................................................................................1摘要.......................................................................................................................3Abstract..................................................................................................................3第一章绪论.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………………………………………...........................................................................................................………………………………………………..……………………………………………..............……………………………………………......9第二章机械手的设计方案…………………………………………….............……………………………………….....……………………………………….....……………………………………….....……………………………………….....…………………………………………….....…………………………………………….....………………………………………………….....…………………………………………….....19第三章手部结构设计……………………………………………....................…………………………………………………….....………………………………………….....…………………………………….....……………………………………….....24第四章手腕结构设计…………………………………………………............………………………………………………………....……………………………………………....…………………………………..……………………………………..………………………..............33第五章手臂伸缩,升降,回转气缸的设计与校核………………………......…………………………………….....……………………………………………...................……………………………………………...................……………………………………………...................……………………………………………..................………………………………..................……………………………………………..................……………………………………………..................……………………………………..........……………………………………………..................……………………………………………..................40第六章气动系统设计…………………………………………….......................…………………………………………........…………………………........43第七章机械手的PLC控制设计…………………………………………….......………………………………........………………………………………..…………………………………..………………………………………........…………………………………........49结论………………………………………………………………….....................50致谢…………………………………………………………………………….....51参考文献………………………………………………………………………….523中文摘要本文简要介绍了小型搬运机械手的概念,机械手的组成和分类,机械手的自由度和坐标形式,气动技术的特点,PLC控制的特点及国内外的发展状况。本文对机械手进行总体方案设计,确定了机械手的坐标形式和自由度,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,设计了机械手的手腕结构,计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统,绘制了机械手气压系统工作原理图,对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究,大大提高了绘图效率和图纸质量。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,并绘制了可编程序控制器的控制程序。关键词小型搬运机械手,机械手,气动,可编程序控制器(PLC)4ABSTRACTAtfirst,’smore,,tellsoutthefree-,thepapergivesouttheprimaryspecificationparameterofthismanipulator,Thepaperdesignsthestructureofthehandandtheequipmentofthedriveofthemanipulator,,’smore,thepaperworkoutthecontrolprogramofthePLC,KEYWORDS:industrialrobot,manipulator,pump,airpressuredrive,(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力,从某种意义上说它也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各,,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。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:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中,它代替人进行正常的工作,意义更为重大。因此,在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、,专用性较强,仅为某台机床的上下料装置,是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作,适用范围比较广的“程序控制通用机械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序,适应性较强,所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。机械手组成方框图:positionofmanipulator(一)执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的还增设行走机构。1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件,常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单,制造容易,故应用较广泛。平移型应用较少,其原因是结构比较复杂,但平移型手指夹持圆形零件时,工件直径变化不影响其轴心的位置,因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位7(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2、手腕是连接手部和手臂的部件,并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件,(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合,以实现手臂的各种运动。4、立柱立柱是支承手臂的部件,立柱也可以是手臂的一部分,手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立I因工作需要,有时也可作横向移动,即称为可移式立柱。5、行走机构当工业机械手需要完成较远距离的操作,或扩大使用范围时,可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构,以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。86、机座机座是机械手的基础部分,机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上,故起支撑和连接的作用。(二)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种,它支配着机械手按规定的程序运动,并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间),同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(二)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种,它支配着机械手按规定的程序运动,并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间),同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(四)位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置,并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统,并与设定的位置进行比较,然后通过控制系统进行调整,,关于分类的问题,目前在国内尚无统一的分类标准,在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。(一)按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点,适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手,如自动机床、自动线的上、下料机械手和‘叻口工中心”2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内,其动作程序是可变的,通过调整可在不同场合使用,驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强,适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位,只能是点位控制:可以是点位的,也可以实现连续轨控制,伺服型具有伺服系统定位控制系统,一般的伺服型通用机械手属于数控类型。(二)按驱动方式分1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格,不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响,且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统,可实现连续轨迹控制,使机械手的通用性扩大,但是电液伺服阀的制造精度高,油液过滤要求严格,成本高。102、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便,输出力小,气动动作迅速,结构简单,成本低。但是,由于空气具有可压缩的特性,工作速度的稳定性较差,冲击大,而且气源压力较低,抓重一般在30公斤以下,在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大,所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手,其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠,用于工作主机的上、下料。动作频率大,但结构较大,动作程序不可变。4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手,因为不需要中间的转换机构,故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长,维护和使用方便。此类机械手目前还不多,但有发展前途。(三)按控制方式分1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动,只能控制运动过程中几个点的位置,不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多,则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。