小型搬运机械手控制系统的设计学位论文.doc

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1、济南大学毕业设计毕业设计题目小型搬运机械手控制系统的设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0711学生王法建学号20070405115指导教师门秀花二〇一一年五月二十九日-2-济南大学毕业设计-2-济南大学毕业设计1前言1.1课题背景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。搬运机械手属于工业机械手的一种。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产

2、线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和操作对象而不同，常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。搬运机械手的生产线上有两个传输线和一个自动小型搬运机械手，传输带1是用来传送零件的，传输带2是用来传送箱子的，两个生产线上都有传感器，是用来控制传输线的运动的

3、。初始时机械手处于复位状态，控制系统检测是否传输带1上已经有一个零件停在指定位置，传输带2上已经有一个箱子停在指定位置上。首先，机械手将传输带1上的零件移到传输带2的箱子里，同时传输带1又将一个新零件传送到指定位置后停止，接着机械手将零件移到箱子里，直到箱子装满了，传输带2运动，把装满零件的箱子运走，送来一个空箱子，待第二个箱子到达指定位置后，传输带停止运动，与此同时传输带1也将一个零件送到位后停止，待两个传输带都停止后，机械手又开始新的装箱工作。[1]现在要求设计该小型搬运机械手的控制系统，使其能够在控制系统的操控下按照上述描述的要求进行运动，从而完成工作目标。1.

4、2机械手的发展现状机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统（如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等）、机械手化机器、智能机械手（不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等）。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队。-34-济南大学毕业设计国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手性能不断

5、提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术

6、方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。1.3本文主要工作和总体设计要求本文主要工作是应用PLC（可编程控制器）实际设计一个小型机械手的控制系统，能实现工业机械手的基本功能。工作内容:（1）阐述小型搬运机械手在工业应用中的作用和意义；（2）机械手的结构设计及组成零件的选择；（3）机械手的硬件设计原理,包括可编程控制器型号的选定，PLC的电气连线图,I/O地址分配表等；（4）机械手的软件设计原理，包括流程图，程序清单。（5）最后是系统调试。1.3.1机械手工作流程图1.1本设计机械手的示意图。机械手工作流程：开始运行后，如果机械手不在初始位置上，步进电

7、动机开始运转（横轴向手爪方向移动，竖轴向上移动）。归位后首先横轴步进电动机工作，横轴前伸；前伸到位后，手抓电动机得电带动手抓旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁阀动作，手张开；延时一段时间，竖轴步进电动机工作，竖轴下降；下降到位后，电磁阀复位，手抓夹紧；延时过后竖轴上升，同时横轴缩回、底盘电动机带动底盘旋转；当横轴、竖轴、底盘都到位后，横轴前伸；到位后手爪旋转，然后竖轴下降，电磁阀动作，手爪张开；延时后竖轴上升复位，然后开始下一周期动作。1.3.2机械手的操作要求电动机械手的结构示意图如图1.1所示，电动机械手的功能是将工件从传