毕业设计(论文)-机械手的设计.doc
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1、 机械手的设计系 部: 电子与通信工程系 学生姓名: 专业班级: 电子10C1 学 号: 指导教师: 年 月 日声 明本人所呈交的机械手的设计 ,是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名: 日期: 【摘要】随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展,机器手的工业领域逐步拓展到各大领域。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器。本设计中主要对控制机械手PLC的结构选型,机械手
2、自动控制是类顺序控制类,采用步进状态编程,其次利用组态王软件产生各个方向上的极限开关信号,提供给PLC,用内存整型变量来控制机械手的运动,夹爪的夹紧与松开等。并用仿真软件进行程序编程。上载程序用仿真软件进行运动过程调试分析以此来改善程序设计,直到得出满意的结果为止。最终成果:满足机械手抓运物体的设计要求。【关键词】:可编程控制器PLC 机械手 步进电机ABSTRACTWith the microelectronics technology, sensor technology, control technology and the rapid development of the mechan
3、ical manufacturing process level, and gradually expand to all major industrial areas of the robot field. The robot is an automated positioning control and can be re-programmed to change in the multi-purpose machine. Mainly in the design of the control structure of the robot PLC Selection robot autom
4、atic control the class sequence control class, to stepper state programming, followed by the configuration the king software limit switch signal in all directions, to the PLC, the memory whole type variable to control the movement of the manipulator, the clamping jaws and release the like. Programmi
5、ng and simulation software. Upload procedures motion the process of debugging analysis using simulation software to improve program design, until satisfied with the results so far. Final results: meet the design requirements of the mechanical clutch transported objects.【 key words 】 : programmable l
6、ogic controller PLC robot stepper motor目 录引言1一、机械手的介绍及工作原理2(一) 机械手的基本组成结构与应用2(二) 机械手的工作原理4二、控制系统的PLC选型5(一)PLC程序结构形式的选择5(二)对输入/输出点的选择5(三)对存储容量的选择6(四)对I/O响应时间6(五)根据输出负载特点选型6三、控制系统的硬件7(一)按钮与限位开关的设计7(二)继电器的选择设计9(三)PLC的I/O地址分配表10(四)PLC梯形图中的编程元件11四 、控制系统软件12(一)机械手的运行流程设计12(二)控制源程序设计介绍144.2.1初始位置辅助继电器144.2
7、.2向下运动144.2.3夹工件154.2.4向上运动154.2.5向右运动164.2.6放下工件164.2.7向左运动17(三)PLC程序的上载与下载18总 结20致谢21参考文献22附录231、机械手主电路图232 、机械手梯形图233、PLC外部接线254、机械手元件清单26引言随着现代工业技术的发展,工业自动化技术越来越高,生产工况也有趋于恶劣的态势,这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求,同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化,对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害,如冶金
8、、化工、医药、航空航天等。在机械制造业中,机械手应用较多,发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业,它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作,有些还具备有传感反馈能力,能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时,会引起零部件甚至机械本身的损坏,但若有了传感反馈自动,机械手就可以根据反馈自行调整。应用机械手,有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度,从而可以提高劳动生产率,降低生产成本,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术
9、。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,机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。借助PLC强大的工业处理能力,很容易实现工业生产的自动化。基于此思路设计的机械手,在实现各种要求的工序前提下,大大提高了工业过程的质量,而且大大解放了生产力,改善了工作环境,减轻了劳动强度,节约了成本,提高了生产效率,具有十分重要的意义。同时,借助组态软件的辅助作用,大大提高了系统的工作效率。因此,在自动化机床和综合加工自动生产线上,目前几乎都设有机械手,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。工业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。工业
10、机械手是工业机器人的一个重要分支。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各自的优点,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。综上所述,有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势一、机械手的介绍及工作原理(一) 机械手的基本组成结构与应用随着工业自动化的普及和发展,工业上机械手的应用业越来越广泛,对机械手的控制要求和精度也越来越高。下面一三菱公司的PLC为例,设计一个简单的机械手移动工件控制系统。图a所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手石一个水平/垂直位移的机械设备,其操作是将工件从
11、左工作台搬运到右工作台。机械手移动工件的基本结构图如图a所示。 图a机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统构成。执行机构包括手部、手臂和躯干。手部装在手臂前端,可以转动、开闭手指。机械手手部的构造系统模仿人的手指,分为无关节、固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指、四指等,其中以二指用得最多。可根据夾持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头,以适应操作的需要。本设计采用二指的构造。手臂的作用是引导手指准确地抓住工件,并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确地工作,手臂的三个自由度都需要精确地定位。总之,机械手的运动离不开直线移动和转动二种,因此它采用的执行机构主要是直线
12、液压缸、摆动液压缸、电液脉冲马达、伺服液压马达、交流伺服电动机、直流伺服电动机和步进电动机等。躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的机架。驱动机构主要有四种:液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以电气、气动用得最多,占90以上,液压、机械驱动用得较少。通用机械手则考虑采用步进电动机、直流或交流的伺服电动机、变速箱等。机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种,目前以点位控制为主,占90以上。控制系统可以根据动作的要求,设计采用顺序控制,它首先要编制程序加以储存,然后再根据规定的程序,控制机械手工作。对动作复杂的机械
13、手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理等方面,无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。在国内主要是发展各方面的机械手,逐步扩大应用范围,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,专用条件还要研制示教机械手、组合机械手等。将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,以及用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,选用不同的典型部件,即可组成不同用途的机械手,即便于设计制造,又便于改换工作,扩大了应用的范围。同时要提高速度,减少冲
14、击,正确定位,以更好地发挥机械手的作用。本设计的控制系统采用小型可编程控制器实现,具有编程简单、修改容易、可靠性高等。 图1 常见机械手图(二) 机械手的工作原理机械手移动工件通过限位开关和电机来控制。(1) 机械手分别通过前进/后退电机、上升、下降电机的正反转来上、下、左、右移动,移动的最大位置通过上、下、左、右4个限位开关控制。(2) 夹放工件通过夹紧、放下电机的正反转来控制。夹紧工件通过定时器来控制,即凭经验设定一个时间,在这个时间内,机械手能完全夹紧工件。放下工件通过松限位开关来控制。(3) 按下启动按钮,整个系统按照PLC程序的设定有序的运行;正常停车时,按下正常停车按钮,等机械手运
15、行到初始位置,停车。当按下即停按钮时,系统不管运行到什么状态,都要立即停止。启动按钮前进/后退电机PLC停止按钮上升/下降电机急停按钮夹取/放下电机限位开关(上、下、左、右、松)图 1.4 机械手总体框图二、控制系统的PLC选型(一)PLC程序结构形式的选择FX2N系列PLC是三菱公司的高性能叠装式机种。可以分配不同的单元:基本单元、扩展单元和特殊单元。基本单元内含有CPU,存储器和I/O电路,要增加系统的I/O点数可联接扩展单元,增加系统的控制功能,则可以连接相应的特殊单元。在本系统中,配置基本单元就可以满足控制要求。不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。例如,频繁通断的感性负载,应选择
16、晶体管或晶闸管输出型的,而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点,如导通压降小,有隔离作用,价格相对较便宜,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,其负载电压灵活(可交流、可直流)且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的PLC。即选用FX2N-32MR继电器输出型PLC作为机械手移动工件的控制系统。机械手移动工件控制以三菱公司的FX2N 系列PLC为例,PLC框架配置如图1C所示: 图 1-C (二)对输入/输出点的选择要先弄清楚控制系统的 I/O 总点数,再按实际所需总点数的 15 20 留出备用量(为系统的改造等留有余地)后确定所需 PLC 的点数
17、。在本设计中 I/O总点数为16,所以所需PLC点数需要在20以上。另外要注意,一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制,一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ;本设计中的输入点为8,所以PLC所需的输入的总输入点需要大于14。 PLC 每个输出点的驱动能力( A/ 点)也是有限的,有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异;一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级,但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信
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