组合机床自动上下料液压机械手设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

组合机床自动上下料液压机械手设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

秀特点。 控制系统分类 在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。 大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用 凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。 主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。 (1)工业机械手性能不断提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修 )，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91年的 97年的。 (2)机械结构向模块化、可重构化发展。 例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化 :由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。 国外已有模块化装 配机器人产品问市。 (3)工业机械手控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、 网络化。 器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构 :大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外， XXXX大学本科毕业设计（论文） 7 装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)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如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人 系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。 美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。 从 94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国的工业机器人从 80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制 系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。 其中有 130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30条自动喷漆生产线 (站 )上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。 但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如 :可靠性低于国外产品 :机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。 在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约 200台，约占全球已安装台数的万分之四。 以上原因主要是没有形 成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。 因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程 .我国的智能机器人和特种机器人在“ 863”计划的支持下，也取得了不少成果。 其中最为突出的是水下机器人， 6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种 :在机器人视觉、力 觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。 但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行 列之    7 10中。 本文主要研究内容 本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了 组合机床自动上料 液压 机械手 的运动机 理。 在此基础上，确定了 组合机床自动上料 液压 机械手 XXXX大学本科毕业设计（论文） 8 的基本系统结构，对 组合机床自动上料 液压 机械手 的运动进行了简单的力学模型分析，完成了自动上下料机械手的控制系统、液压系统和机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的设计工作。 本章小结 本章简要的介绍了机械手的基本概念 、发展历程及应用领域。 在机械手的组成上，系统的从执行机构、驱动机构以及控制部分三个方面说明。 比较细致的介绍了机械手的发展趋势，简要的叙述了本文研究的内容。 XXXX大学本科毕业设计（论文） 9 第 2章 机械手的 总体方案设计 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  11型。 图 是机械手搬运物品示意图。 图中机械手的任务是将传送带 B上的物品搬运到传送带 A。 图 机械手基本形式示意 、方案设计 （ 1）、 黑箱结构如图 图 设计方案 （ 2）、 机械手动作分析及运动分析如图 ，工件首先被机械手夹持，然后再随之一起运动。 其周期运动可以表现为（按动作顺序）：大臂下降 — 夹紧 工件 — 手腕上翻 — 大臂 XXXX大学本科毕业设计（论文） 10 上升 — 大臂回转 — 手臂 延伸 — 放松工件 — 手臂 收回 — 手腕 下翻 — 大臂回转 — 大臂 下降。 图 机械手运动图 （ 3）、 功能原理如图 图 机械手功能原理图 （ 4）、 方案设计 ① 传动系统如果机械手采用机械传动，则自由度少，难于实现特别复杂的运动。 而对于组合机床自动上下料的机械手，其工件的运动需要多个自由度才能完成，故不宜采用机械传动方案。 如果机械手采取气压传动，由于气控信号比光、电信号慢得多 , 且由于空气的可压缩性，工作时容易产生抖动和爬行，造成执行机构运动速度和定位精度不可靠，效率也较低。 电气传动必须有减速装置和将电机回转运动变成直线运动的装置，结构庞大，速度不易控制。 气液联合控制和电液联合控制则使系统和结构上很复杂。 综 上所述，我们选择液压传动方式。 ②控制系统本机械手是专用自动机械手，选择智能控制方式中的 PLC程序控制方式，这样可以使机械手的结构更加紧凑和完美。 ③执行系统分析本机械手的执行系统是手部机构。 手部机构形式多样，但综合其总体构型，可分为：气吸式、电磁式和钳爪式 3种。 根据本组合机床加工工件的特征（导卫轮、精密铸钢件），选择钳爪式手部结构。 XXXX大学本科毕业设计（论文） 11 ④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，且根据本机械手坐标形式分析分析本机械手臂的运动形式及其组合情况，采用圆柱坐标形式。 因此方案确定机械手采用液压传动方式， PLC控制，钳爪式手部结构，圆柱坐标形式。 、机械手的运动分析 机械手的动作循环（工件平放）： 大臂下降 300mm— 夹紧工件 — 手腕回转 90176。 — 大臂上升 300mm— 大臂回转 90176。 — 手臂延伸 500mm— 放松工件 — 手臂收缩 500mm— 手腕反转90176。 — 大臂回转 90176。 — 大臂下降 300mm。 本机械手的工作频率是 5次 /min，即 12s/ 次，也就是说，要在 10s时间内完成上述工作循环图中的一次循环。 若采用分步运动的话，那么上述平均每一个动作必须在 内完成，这样必定增加动作的难度和结构的复杂性。 因此，我们在整个运动过程中都将采用协调运动，这样可缓减每个动作的紧迫性。 图 机械手运动流程图 如图 ，从 t=0s时开始，机械手大臂下降，用时 2s， 大臂下降速度： 150 mm/s；t=2s时，机械手做夹紧工件运动；在 t= 90176。 ，用时 ；与此同时大臂开始以 150 mm/s做上升运动，用 时 2s。 在 t=，大臂开始做回转运动，回转90176。 ，用时 ；在 t=6s时，手臂开始做向外延伸 500mm的运动，运动速度为 250mm/s，用时 2s；在 t=8s时，机械手手指开始做放松工件运动，用时 ；在 t=，手腕开始做下翻 90176。 的运动，用时 ；与此同时手臂开始收缩，收缩距离 500mm，平均速度 250mm/s，用时 2s；在 t=，手臂做 90176。 回转运动，用时。 上诉运动为一个整周期运动， XXXX大学本科毕业设计（论文） 12 完成上述运动共用时 12s。 运动简图见图。 图 机械手运动简图 、本章小结 本章对机械手的整体部分进行了总体设计，选择了机械手的基本形式以及自由度，确定了本设计采用液压驱动，给出了设计中机械手的一些技术参数。 下面的设计计算将以次进行。 XXXX大学本科毕业设计（论文） 13 第 3章 机械手的电气控制系统设计 机械手电气控制系统的概述 机械手的定位系统采取定位块定位，在设定位置装置定位块。 并为了达到缓冲的目的，在满足工作要求的前提下，设计尽量轻的零部件。 比如将某些铸钢件改用铝合金制造，或者将一些实心的零件做成空心的，以此来减轻总质量。 采取 PLC程序控制，控制系统选择三菱公司的 FX1S系列的 PLC控制器。 另外机械手还可进行但不运行及回零等，其有手动控制方式和全自动控制 自动生产线机械手的主要参数 : 臂力 5N；自由度数为 4；运动形式为圆柱坐标；长度（未伸缩） 943mm；高度（未升起）为 532mm，手臂伸缩行程范围 0— 500mm，手臂伸缩速度为 250mm/s，手臂升降行程范围 0— 300mm；手臂升降速度为 150mm/s；手腕回转行程范围90~0 ，手腕回转速度为 135176。 /s；大臂回转角度范围 90~0 ，大臂回转速度为 135176。 /s；定位方式为定位块；定位精度为  ；控制方式为点位式、 PLC控制；驱动方式为液压系统。 机械手电气控制程序 附表 1 机械手 自动 控制程序 步序号 指令 数据 步序号 指令 数据 步序号 指令 数据 1 LD X400 17 AND T453 2 ANI X401 18 ANI T454 31 OUT Y439 3 ANI T450 19 OUT Y435 32 OUT T550 4 OUT Y430 20 OUT T454 K2 5 OUT T450 33 AND T550 K2 21 AND T454 34 ANI T551 6 AND T450 22 ANI T455 35 OUT Y530 7 ANI T451 23 OUT Y436 36 OUT T551 8 OUT Y432 24 OUT T455 9 OUT T451 K2 37 AND X500 25 AND T455 38 ANI T552 10 AND T451 26 ANI T456 39 OUT Y531 11 ANI T452 27 OUT Y437 40 OUT Y532 13 OUT Y433 28 OUT T456 41 OUT T552 14 OUT T452 K3 XXXX大学本科毕业设计（论文） 14 27 AND T456 15 OUT Y434 28 ANI T457 16 OUT T453 29 OUT Y438 K2 30 OUT T457 机械手 电气 控制系统图 自动控制系统图 图 机械手自动控制系统图 上图为机械手自控控制系统图，他的指令采用 FX1S的专用 PLC控制器控制，他的工作顺序是按照上图中大臂下降开始直至最后一次大臂回转为完成一个完整的工作周期，每个。