毕业论文-多自由度机械手机电系统设计.doc

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1、机电一体化系统设计课程设计设计题目：多自由度机械手机电系统设计内装：1.设计说明书2.装配图3.控制电路原理图4.…….专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：100205052指导教师：叶大鹏方兵完成日期：2014.1.12成绩：福建农林大学机电工程学院机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目：多自由度机械手机电系统设计学院：金山学院专业年级：10机械学号：学生姓名：指导教师：叶大鹏方兵2014年1月14日一、总体方案设计51.1设计任务51.2总体方案确定51.2.1机械手基本形式的选择51.2.2机械手的主要部件及运动51.2.3驱动机构的选择51.2.4机械手的技术参数列

2、表5二、机械系统设计62.1机械手手部的设计计算62.1.1手部设计基本要求62.1.2典型的手部结构62.1.3机械手手抓的设计计算62.1.4.机械手手抓夹持精度的分析计算102.1.5弹簧的设计计算112.2腕部的设计计算132.2.1腕部设计的基本要求132.2.2典型的腕部结构142.2.3腕部结构和驱动机构的选择142.2.4腕部的设计计算142.3臂部的设计及有关计算172.3.1臂部设计的基本要求172.3.2手臂的典型机构以及结构的选择182.3.3液压缸工作压力和结构的确定202.4机身的设计计算212.4.1机身的整体设计212.4.2机身回转机构的设计计算

3、222.4.3机身升降机构的计算252.4.4轴承的选择分析27三、控制系统硬件电路设计273.1可编程序控器的简介273.2PLC的结构，种类和分类283.3FX2n系列三菱PLC特点293.4接近开关传感器303.5I/O接口简介313.6行程开关的介绍313.6.1行程开关的概念313.6.2行程开关的作用及原理313.7电路的总体设计323.7.1回路的设计323.7.2系统输入/输出分布表333.7.3机械手的程序设计343.7.4步进电机的运行控制34四、参考文献35一、总体方案设计1.1设计任务基本要求:设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为30K

4、g的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上；二条流水线的距离为：1800mm；工作节拍为：50s；工件：最大直径为200mm的棒料；1.2总体方案确定1.2.1机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种:(1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手;(3)球坐标(极坐标)型机械手;(4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标。图1.1是机械手搬运物品示意图。图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。图1.1机械手基本形式示意1.2.2机械手的主要部件及运动在圆柱坐

5、在圆柱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，本设计关于机械手具有5个自由度既：手抓张合；手部回转；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降5个主要运动。本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：（1）手部，采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。（2）腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动1.2m。（4）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。1.2.3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

6、压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。1.2.4机械手的技术参数列表一、用途：搬运:用于传送带间搬运二、设计技术参数:1、抓重:30Kg(夹持式手部)2、自由度数:5个自由度3、座标型式:圆柱座标4、最大工作半径:1800mm5、手臂最大中心高:1248mm6、手臂运动参数伸缩行程：1200mm伸缩速度：83mm/s升降行程：300mm升降速度：67mm/s回转范围：0~180°7、手腕运动参数回转范围：0~180°二、机械系统设计2.1机械手手部的设计计算2.1.1手部设

7、计基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。（2）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度），以便于抓取工件。（3）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。（4）应保证手抓的夹持精度。2.1.2典型的手部结构（1）回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。（2）移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。（