机械手控制系统

编号20120852147

本科生毕业设计

悬挂式工业装卸机械手设计

Hanging type Industrial Loading And Unloading Of Manipulator

学生姓名李彬

专业机械电子工程

学号*******

指导教师陈玲

学院机电工程学院

2012年6月

摘要

机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂部的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。

首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成并进行结构方案设计，同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。而后文中全面详尽的讨论了悬挂式工业机械手的手爪、腕部、手臂等主要部件的结构设计，并对臂部平移机构的强度、刚度进行了校核，对腕部驱动力进行了计算。

关键词：悬挂式工业机械手设计计算

ABSTRACT

Mechanical arm is known as automatic robotic hand,which can simulate some action of hands and arms to fix,transport and operate.With the need of improving of industrial automation,mechanical arm is becoming more and more significant.the article is narrative the design and calculation.

Above all, this article describes the role of mechanical arm.and robot design and structural components.While,it contains performance specifications which are central of whole designs.however it introduces Structural design of gripper, wrist, arm of mechanical arm ,and makes calculation for strength, stiffness and driving force of the wrist .

Keywords: Suspended Industrial Mechanical Arm Design And Calculation.

目录

绪论 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

机械手综述 (1)

机械手国内外发展现况 (1)

第一章机械手的发展方向 (2)

1.1机械手的技术发展方向 (2)

1.2机械手的研究意义 (2)

1.3机械手的设计目的 (3)

第二章总体布局设计 (4)

2.1机械手的工作原理 (4)

2.2基本设计参数 (5)

2.3结构方案分析 (6)

第三章臂部的设计及有关计算 (8)

3.1 臂部设计的基本要求 (8)

3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (9)

3.2.1 手臂的典型运动机构 (9)

3.2.2 手臂运动机构的选择 (9)

3.3 手臂回转运动的驱动力计算 (9)

3.3.1 手臂平移机构的强度、刚度校核 (9)

3.3.2 手臂机构设计 (11)

第四章腕部的设计及有关计算 (12)

4.1 腕部设计的基本要求 (12)

4.2 腕部的结构以及选择 (12)

4.2.1典型的腕部结构 (12)

4.2.2 腕部结构和驱动机构的选择 (12)

4.3 腕部的设计计算 (12)

4.3.1 腕部设计考虑的参数 (12)

4.3.2 腕部的驱动力矩计算 (13)

4.3.3 腕部的机构设计 (15)

第五章机械手手爪的结构设计 (16)

5.1机械手末端执行器的设计要求 (16)

5.2机器人夹持器的运动和驱动方式 (16)

5.3 机器人夹持器的典型结构 (17)

5.4设计具体采用方案 (17)

第六章工艺规程编制 (19)

6.1零件分析 (19)

6.2制定工艺路线 (19)

6.3工艺卡片 (20)

6.4确定工艺方案的原则及注意的问题 (23)

第七章PLC在机械手控制系统中的应用 (25)

7.1 plc概况及在机械手中的应用(这里以日本三菱plcF1—30MR讲解) (25)

7.2机械手动作过程 (27)

7.3 机械手操作方式 (27)

7.4 PLC程序设计 (30)

7.4.1机械手的结构 (30)

7.4.2电气控制的设计 (31)

7.4.3操作面板及动作说明 (31)

7.5梯形图的总体设计 (34)

7.5.1各部分梯形图的设计 (35)

7.6结论 (43)

结论 (43)

参考文献 (45)

致谢 (46)

绪论

机械手综述

机械手也被称为自动手，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和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色，它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。因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手国内外发展现况

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力【1】。