搬运机械手的结构和控制系统设计.

机电工程学院

机电一体化系统设计

课程设计

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毕业论文（设计）任务书

一、题目：搬运机械手的结构和控制系统设计

二、研究内容与目标：

本设计主要的研究内容是

1. 用proe绘制搬运机械手三维立体图

2. 用proe转配搬运机械手及制作仿真动画并生成仿真视频制作

3. 利用PLC实现控制系统设计

4. 设计说明书（1份）

目标：让搬运机械手能搬运物品，掌握机械手的设计原理和控制过程

三、研究方法：通过不断地查找资料，研究工业机械手的作用，并不断分析最后制作出工业上需要的机械手。

四、主要参考文献：(5篇以上)

[1]刘明保，吕春红等主编.机械手的组成机构及技术指标的确定.河南高等

专科学校学报，2004.120-134

[2]李超主编.气动通用上下料机械手的研究与开发.陕西科技大学，

2003.103-121

[3]陆祥生，杨绣莲主编.机械手.中国铁道出版社,1985.56-58

[4]张建民主编.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,1992.76-79

[5]李允文主编.工业机械手设计.机械工业出版社,1996.

[6]蔡自兴主编.机械人学的发展趋势和发展战略.机械人技术,2001.12-15

[7]金茂青，曲忠萍，张桂华等主编.国外工业机械人发展的态势分析.机械

人技术与应用,2001.23-24

[8]王雄耀主编.近代气动机械人（机械手）的发展及应用.液压气动与密

封,1999.31-32

[9]李明主编.单臂回转机械手设计.制造技术与机床，2004. 64-66

[10]张军，封志辉主编.多工步搬运机械手的设计.机械设计,2004.27-28

目录

第一章绪论 (2)

1.1工业机器人的简介 (2)

1.2机械手概述 (3)

1.3工业机械手的发展趋势 (4)

1.4 国内外研究现状和趋势 (5)

1.6 液压系统传动原理 (7)

第二章电机驱动和液压驱动混合式搬运机械手方案设计 (8)

2.1电动驱动和液压驱动式搬运机械手的组成及各部分关系概述 (8)

2.2液压式搬运机械手方案设计 (8)

2.3机械手的系统工作原理及组成 (9)

2.4机械手手臂的结构设计 (13)

第三章尺寸设计与校核 (18)

3.1手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核 (18)

3.2手臂升降液压缸的尺寸设计与校核 (19)

3.3 腰部传动负载作回转运动的设计与校核 (20)

第四章机械手的PLC控制系统设计 (22)

4.1 PLC的工作原理 (22)

4.2 可编程序控制器的选择及工作过程 (23)

4.3 可编程序控制器的使用步骤 (24)

4.4 机械手可编程序控制器控制方案 (25)

第五章四自由度机械手运动仿真 (27)

5.1 运动学仿真过程及定义分析 (27)

结论 (30)

致谢 (30)

搬运机械手的结构和控制系统设计

[摘要]用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。共业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

本课题要设计一套4自由度电机和液压混合搬运机械手（主要用来搬运圆柱状的物体如车轮）主要的设计有以下几个方面：

根据装配生产线搬运机械手的特点，确定液压搬运机械手的总体方案，保证机械手在空间有限位置的定位。然后根据考虑的总体方案确定机械手的总体结构，可采用模块化的设计，将机械手分为若干个模块，对各个模块进行设计，最后把这些模块拼装起来组成机械手。以机械手代替人工来提高工作效力，减轻劳动力提高生产力。本课题设计的目的就是采用低成本、抓取力量大和易于控制的液压来组成液压搬运机械手，最终实现装配生产线上工件的自动搬运。

第一章绪论

1.1工业机器人的简介

工业机器人是机械技术、电子技术与计算机技术有机结合在一起形成的一种机电一体化的产品，从其诞生起就受到人们的关心与重视。经过几十年的发展，目前工业机器人技术已经很成熟。工业机器人已从最初在解决劳动密集型工业中单调、重复的体力劳动发展到满足制造业自动化规模生产需要的工作。其应用领域不断扩大，从最初主要应用于汽车工业发展到现在涉及制造业的各个行业。目前我国国民经济的快速发展，先进制造业已进入一个新的发展阶段[1]。

随着经济全球化和我国加入WTO，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际竞争的局面。如何适应快速变化的国内外市场需求，如何以高质量、低成本、快速反应的手段在市场中取得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题，这些问题为工业机器人的应用提供了大的市场需求，促使中国工业机器人的应用市场日趋成熟。近几年来，国外著名的工业机器人制造厂商纷纷加大了在我国的投资和应用技术的投入，对我国的国产工业机器人产业的发展带来了严峻的挑战。我国政府非常重视机器人技术的发展，从“七五”科技攻关及实施863 计划开始，就有计划地组织和发展工业机器人事业，经过20多年的研制和应用，目前在工业机器人的一些机种方面，如喷漆机器人、焊接机器人、搬运机器人、装配机器人和特种机器人都有了长足的进步，基本掌握了工业机器人的设计制造技术和机器人应用中单元和生产线的设计、制造技术，有了一支具有一定水平的技术队伍，奠定了我国独立自主发展机器人产业的基础。但是，我国工业机器人在总体技术上与国外先进水平相比还有很大差距，仅相当于国外九十年代中期的水平。

目前工业机器人的生产规模仍然不大，多数是单件小批生产，关键配套的单元部件和器件始终处于进口状态，工业机器人的性价比较低。我国整体装备制造水平不高，制约了我国工业机器人产业的形成和实现规模化的发展。尽管中国工业机器人的需求在逐年增加，但要能为用户提供高质价廉的工业机器人商品，目前在我国尚有较长的路程。首先为了促进中国工业机器人产业的发展，必须在以市场需求为主的前提下，国家在政策上鼓励企业在技术投入和技术改造方面应用国产工业机器人。同时转变现有的机制，建立以适应市场经济所需的工业机器人的产业基地。其次，在国家的科技发展规划中，应继续对工业机器人的研究开发和应用关键、基础部件的研究和产品化给予支持，形成产品和自动化制造装备同步协调发展的新局面。第三，结合我国的国情，加强我国工业机器人应用工程的