011809103011-安家红-基于PLC的气动机械手的设计.docx

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1、重庆科技学浣高等教化自学考试本科毕业论文基于P1.C的气动机械手的设计考生姓名：安家红准考证号:专业层次：本科院（系）：机械与动力工程学院指导老师：王兴平职称：讲师重庆科技学院二O一二年二月十五日唾友科技学法高等教化自学考试本科毕业论文基于P1.C的气动机械手的设计考生姓名:安家红准考证号：专业层次：本科指导老师：王兴平院（系）：机械与动力工程学院重庆科技学院二O一二年二月十五日伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动限制成分显得越来越重要，由于工作的须要，人们常常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了，机械手是工业机器人系

2、统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动限制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其主动作用正日益为人们所相识：它能部分地代替人工操作；能依据生产工艺的要求，遵循肯定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。本设计采纳三菱Q系列P1.C作为限制机对工业机械手进行限制及监控。关键词：可编程限制器P1.C;机械手；气动BasedonthedesignofmanipulatorofpneumaticP1.CABSTRACTFollowstheinte

3、grationofmachineryineachdomainapplication,themechanicaldeviceautomaticcontrolingredientisappearingmoreandmoreimportantly,industrymanipulatorisanewtechnologywhichinthemodernautomaticcontroldomainappears,itsdevelopmentisbecauseitspositiverolewasknowingdaybydayforthepeople:Itcanthepartialzonesfortheman

4、ualcontrol;Candefertotheproductioncrafttherequest,followsthecertainprocedure,thetimeandthepositioncompletestheworkpiecethetransmissionandloadingandunloading;Canmanufacturetheessentialmachinesandtoolstocarryontheweldingandtheassemblythusgreatlyimprovesworkersworkcondition,remarkablyenhancesthelaborpr

5、oductivity,speedsuprealizestheindustrialproductionmechanizationandtheautomatedstep.ThisdesignusesgrindstheoverseasChineselaborerindustrycontrolcomputertotakeonthepositionmachine,QP1.Ccarriesonthemonitoringandtheperformancedataasthelowerpositionmachinetofreedomindustriesmanipulatorfilesaway.Keywords：

6、programmablecontrollerP1.C;Manipulator;pneumatic中文摘要I英文摘要II1绪论111气动机械手概述11.2 机械手的组成和分类1121机械手的组成11.2.2机械手的分类31.3 国内外发展状况51.4 课题的提出及主要任务61.4.1 课题的提出61.4.2课题的主要任务72机械手的设计方案82.1 机械手的坐标型式与自由度82.2 2机械手的手部结构方案设计92.3 3机械手的手腕结构方案设计92.4 机械手的手臂结构方案设计92.5 机械手的驱动方案设计92.6 机械手的限制方案设计102.7 7机械手的主要参数102. 8机械手的技术参数列

7、表102.9前法兰式气缸的简介113手臂伸缩、回转气缸的结构设计与校核123.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核123. 1.1平衡装置133.2手腕回转气缸的尺寸设计与校核133. 2.1尺寸设计134. 2.2尺寸校核144气动系统设计155. 1气压传动系统工作原理图155机械手的P1.C限制设计175.1 可编程序控器的简介176. 2P1.C的结构，种类和分类175.3 FX2N系列三菱P1.C特点195.4 接近开关传感器205.5 I/O接口简介215.6行程开关的介绍215.6.1行程开关的概念215.6.2行程开关的作用及原理225. 7电路的总体设计22回路的设计225. 7.

8、2系统输入/输出分布表23机械手的程序设计245.7.4步进电机的运行限制255.7.5各模块的程序设计256结论34致谢35参考文献36论文原创性声明371绪论1.1 气动机械手概述气动机械手由操作机（机械本体）、限制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动限制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备。特殊适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着特别重要的作用。机器人技术是综合了计算机、限制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代探讨特别活跃，应用日益广泛

9、的领域。机器人应用状况，是一个国家工业自动化水平的重要标记。机器人并不是在简洁意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析推断实力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的实力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不行缺少的自动化设备.机械手是仿照着人手的部分动作，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”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、

10、实现平安生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式起先比较简洁，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序限制实现重复操作，适用范围比较广的“程序限制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的变更工作程序，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。1.2 机械手的组成和分类1.2.1 机械手的

11、组成机械手主要由执行机构、驱动系统、限制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图IT所示。图IT机械手组成方框图（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采纳夹持式手部结构。夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构所构成。手指是与物件干脆接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简洁，制造简洁，故应用较广泛。平移型应用较少，其缘由是结构比较困难，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变更不影响其轴心的位置,因此相宜夹持直径变更范围大的工件。手指结构

12、取决于被抓取物件的表面形态、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿态）。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构

13、和凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相协作，以实现手臂的各种运动。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有亲密的联系。机械手的立柱因工作须要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。5、行走机构当工业机械手须要完成较远距离的操作，或扩大运用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6、机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。（二）驱动系统驱动系统是驱动工业

14、机械手执行机构运动的动力装置调整装置和协助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。限制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的限制系统一般由程序限制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。限制系统有电气限制和射流限制两种,它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们赐予机械手的指令信息（如动作依次、运动轨迹、运动速度刚好间），同时按其限制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（三）限制系统限制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的限制系统一般由程序限制系统和电气定位（或

15、机械挡块定位）系统组成。限制系统有电气限制和射流限制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们赐予机械手的指令信息（如动作依次、运动轨迹、运动速度刚好间），同时按其限制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（四）位置检测装置限制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给限制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过限制系统进行调整，从而使执行机构以肯定的精度达到设定位置.机械手的分类工业机械手的种类许多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准,在此暂按运用范围、驱动方式和限制系统等进行分类。（一）按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种：1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立限制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简洁、运用牢靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。2、通用机械手它是一种具有独立限制系统的、程序可变的、动作敏捷多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合运用，驱动系统和限制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通