机械5

目录 摘要(中文) -----------------------------------------------------------I (英文) -----------------------------------------------------------II 第一章绪论 1.1工业机械手概述------------------------------------------------------------- 1 1.2机械手的组成和分类--------------------------------------------------------- 1 1.2.1机械手的组成--------------------------------------------------------- 1 1.2.2机械手的分类---------------------------------------------------------- 2 1.3 PLC与触摸屏概述----------------------------------------------------------- 3 1.4国内外发展状况------------------------------------------------------------- 3 1.5课题的提出及主要任务------------------------------------------------------- 4 1.5.1课题的提出------------------------------------------------------------ 4 1.5.2课题的主要任务-------------------------------------------------------- 5 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的类型和自由度的选择------------------------------------------------- 6 2.2机械手的驱动方案设计-------------------------------------------------------- 6 2.3机械手的控制方案设计-------------------------------------------------------- 6 2.4机械手的手部结构方案确定---------------------------------------------------- 6 2.5机械手的手臂结构方案设计-------------------------------------------- ------- 6 2.6机械手的主要参数----------------------------------------------------------- 7 2.7机械手的技术参数列表------------------------------------------------------- 7 第三章手部结构的选择,手臂伸缩的选择，升降、回转气缸的设计与校核 3.1夹持式手部结构------------------------------------------------------------ 9 3.1.1手指的形状和分类------------------------------------------------------ 9 3.1.2设计时注意的问题------------------------------------------------------ 9 3.2升降缸的尺寸设计与校核和伸缩缸的选择--------------------------------------- 9 3.2.1气缸的分类------------------------------------------------------------ 9 3.2.2升降缸的尺寸设计与校核------------------------------------------------ 11 3.2.3伸缩缸的选择---------------------------------------------------------- 16 3.3回转气缸的尺寸设计与校核-------------------------------------------------- 16 第四章气动系统设计------------------------------------------------------ 20 第五章机械手的PLC控制设计 5.1可编程序控制器的选择------------------------------------------------------- 21 5.2机械手可编程序控制器控制方案----------------------------------------------- 21 5.2.1系统简介-------------------------------------------------------------- 21 5.2.2可编程序控制器的工作流程设计------------------------------------------- 21 5.2.3可编程序控制器的存储区设计-------------------------------------------- 22 5.3硬件、软件的设计与调试---------------------------------------------------- 23 5.3.1系统硬件设计与组态---------------------------------------------------- 23 5.3.2软件设计-------------------------------------------------------------- 23 5.3.3硬件调试与系统调试---------------------------------------------------- 23 5.3.4梯形图设计------------------------------------------------------------ 23 5.3.5机械手控制程序-------------------------------------------------------- 23 第六章触摸屏上位机设计--------------------------------------------------- 25 第七章结论---------------------------------------------------------------- 28 结束语----------------------------------------------------------------------- 29 参考文献--------------------------------------------------------------------- 30 1、专用机械手 专用机械手是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，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、下料机械手等。 2、通用机械手 通用机械手是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。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使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位的，也可以实现连续轨控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。 (二)按驱动方式分 1、液压传动机械手 液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 2、气压传动机械手 气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 3、机械传动机械手 机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。 4、电力传动机械手 电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。 (1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。 (2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。 (3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。 (4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动， 气动技术有以下优点: (1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题. (2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。 (3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。 (4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。 (5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。 (6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较校虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。 由“可编程序控制器-传感器-气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件,使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”;省配线的复合集成系统,不仅减少配线、配管和元件,而且拆装简单,大大提高了系统的可靠性。 而今,电磁阀的线圈功率越来越小,而PLC的输出功率在增大,由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC,而阀岛技术的发展,又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。 （1）单作用气缸 柱塞式气缸：压缩空气只能使柱塞向一个方向运动；借助外力或重力复位 活塞式气缸：压缩空气只能使活塞向一个方向运动；借助外力或重力复位（或借助弹簧力复位；用于行程较小场合） 薄膜式气缸：以膜片代替活塞的气缸。单向作用；借助弹簧力复位；行程短；结构简单，缸体内壁不须加工；须按行程比例增大直径。若无弹簧，用压缩空气复位，即为双向作用薄膜式气缸。行程较长的薄膜式气缸膜片受到滚压，常称滚压（风箱）式气缸。 （2）双作用气缸 普通气缸：利用压缩空气使活塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际需要选定，双向作用的力和速度不同 双活塞杆气缸：压缩空气可使活塞向两个方向运动，且其速度和行程都相等 不可调缓冲气缸：设有缓冲装置以使活塞临近行程终点时减速，防止冲击，缓冲效果不可调整 可调缓冲气缸：缓冲装置的减速和缓冲效果可根据需要调整 （3）特殊气缸 差动气缸：气缸活塞两端有效面积差较大，利用压力差原理使活塞往复运动，工作时活塞杆侧始终通以压缩空气 双活塞气缸：两个活塞同时向相反方向运动 多位气缸：活塞杆沿行程长度方向可在多个位置停留，图示结构有四个位置 串联气缸：在一根活塞杆上串联多个活塞，可获得和各活塞有效面积总和成正比的输出力 冲击气缸：利用突然大量供气和快速排气相结合的方法得到活塞杆的快速冲击运动，用于切断、冲孔、打入工件等 数字气缸：将若干个活塞沿轴向依次装在一起，每个活塞的行程由小到大，按几何级数增加 回转气缸：进排气导管和导气头固定而气缸本体可相对转动。用于机床夹具和线材卷曲装置上 伺服气缸：将输入的气压信号成比例地转换为活塞杆的机械位移。用于自动调节系统中。挠性气缸缸筒由挠性材料制成，由夹住缸筒的滚子代替活塞。用于输出力小，占地空间小，行程较长的场合，缸筒可适当弯曲 钢索式气缸：以钢丝绳代替刚性活塞杆的一种气缸，用于小直径，特长行程的场合 （4）组合气缸 增压气缸：活塞杆面积不相等，根据力平衡原理，可由小活塞端输出高压气体 气-液增压缸：液体是不可压缩的，根据力的平衡原理，利用两两相连活塞面积的不等，压缩空气驱动大活塞，小活塞便可输出相应比例的高压液体 气-液阻尼缸：利用液体不可压缩的性能及液体流量易于控制的优点，获得活塞杆的稳速运动。