自動(dòng)取模機(jī)械手的改良設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院jinhua college of profession and technology畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果 （2014屆）題 目 自動(dòng)取模機(jī)械手的改良設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)制111 學(xué) 號(hào) 201131020010134 姓 名 指導(dǎo)教師 2013年12月24日 目 錄摘要1引言11.工業(yè)機(jī)械手及注塑機(jī)械手的發(fā)展和現(xiàn)狀1 1.1工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展過(guò)程1 1.2取模機(jī)械手的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀12取模機(jī)械手的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2 2.1機(jī)械手總體控制方案2 2.2示意圖33機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4 3.1手臂部分設(shè)計(jì)4 3.2氣缸部分設(shè)計(jì)54工作狀態(tài) 6 4

2、.1運(yùn)行設(shè)計(jì)6 4.2運(yùn)行的控制設(shè)計(jì)7 5小結(jié)11謝辭12參考文獻(xiàn)12附件1 16 全自動(dòng)取模機(jī)械手 摘要：機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。該注塑機(jī)取模機(jī)械手是一種抓取注塑工件的機(jī)械手，采用直接控制結(jié)構(gòu)，完成了硬件電路設(shè)計(jì)，包括時(shí)鐘復(fù)位電路、輸入輸出通道、液晶接口、鍵盤接口、串口下載等，包括菜單、機(jī)械手動(dòng)作位置監(jiān)督、故障報(bào)警等相關(guān)功能。整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、各模塊功能明確。有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；注塑機(jī)取模機(jī)械手引言 1954年，美國(guó)人喬治·德沃爾設(shè)計(jì)了第一臺(tái)電子可

3、編程的工業(yè)機(jī)器人，并與1961年發(fā)表了該項(xiàng)機(jī)器人專利。從此以后，隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)中起著越來(lái)越大的作用，機(jī)械手的設(shè)計(jì)和改進(jìn)日益受到人們的關(guān)注。注塑機(jī)械手是現(xiàn)代產(chǎn)品制造業(yè)中主要加工設(shè)備之一，是成型塑料制品的專用設(shè)備。隨著注塑工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)工廠自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，對(duì)注塑機(jī)械手的要求程度也越來(lái)越高。1. 工業(yè)機(jī)械手及取模機(jī)械手的發(fā)展和現(xiàn)狀1.1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展過(guò)程機(jī)械手是能夠模仿人手和手臂的功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件和操作工具的自動(dòng)裝置。它可以部分或全部代替人力，從事一些單調(diào)、繁重的重復(fù)性勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和機(jī)械化，能再有害環(huán)境中操作得以保

4、護(hù)人身安全，當(dāng)前正廣泛用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。1.2 取模機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀近幾年，中國(guó)注塑機(jī)發(fā)展迅猛，每年都以超過(guò)30%的速度增長(zhǎng)。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用戶對(duì)取模機(jī)自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高。一個(gè)大型的注塑企業(yè)通常會(huì)有幾十甚至幾百臺(tái)注塑機(jī)需要管理，無(wú)論是從生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率還是從產(chǎn)品品質(zhì)的角度來(lái)看，都不可能用人手來(lái)取產(chǎn)品，這個(gè)時(shí)候就迫切需要用到注塑機(jī)取模機(jī)械手。采用該機(jī)械手取工件，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且大量節(jié)省了操作員工，提高了操作人員的安全性和舒適程度。目前，我國(guó)內(nèi)地僅有少數(shù)幾個(gè)企業(yè)通過(guò)仿制的方式在生產(chǎn)取模機(jī)機(jī)械手，大量的產(chǎn)品依靠臺(tái)灣、日本和歐美進(jìn)口。進(jìn)口機(jī)械手不

5、僅成本高昂，其設(shè)計(jì)思路更適合西方人的思維卻不太適合中國(guó)人的操作習(xí)慣。而目前國(guó)內(nèi)開發(fā)的機(jī)械手控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面欠缺，這為本課題找到了合適的切入點(diǎn)。研制與開發(fā)一種工作效率高、成本低，性能穩(wěn)定的取模機(jī)械手控制系統(tǒng)是本課題的主要目標(biāo)。 本課題涉及到機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。通過(guò)本課題的工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)取模機(jī)械手的單片機(jī)控制，而且對(duì)于多學(xué)科交叉、滲透與交流有積極的促進(jìn)作用。2注塑機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手總體控制方案 機(jī)械手的整體控制部分主要有電源、電控箱、氣閥箱和執(zhí)行結(jié)構(gòu)，具體圖形如下：主控制板中繼板近接開關(guān)電磁轉(zhuǎn)向閥 機(jī)械手電源鍵盤液晶顯示注塑機(jī) 圖1 控制結(jié)構(gòu)框圖在這

6、種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，硬件部分只要分為主控制板、中繼板、鍵盤板和液晶顯示電路板，對(duì)機(jī)械手的控制是通過(guò)主控制板直接對(duì)中繼板發(fā)控制信號(hào)，中繼板上的繼電器根據(jù)主控制板的控制信號(hào)對(duì)氣閥箱進(jìn)行控制，從而對(duì)機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作控制。主控制板、鍵盤板和液晶顯示模塊經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)后被安裝在控制盒中，繼承性好，外部通過(guò)一根電纜連到中繼板上，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的直接控制 。這種硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主cpu對(duì)機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接控制，適用于單旋臂式注塑用機(jī)械手和雙旋臂式注塑用機(jī)械手。這種硬件結(jié)構(gòu)的不足之處是:由于硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，唯一的控制單元核心要負(fù)責(zé)檢測(cè)鍵盤、液晶顯示、輸出機(jī)械手的動(dòng)作和檢測(cè)輸入點(diǎn)等大量的工作

7、，這對(duì)處理器的處理能力和即時(shí)性提出了挑戰(zhàn)，而且輸入輸出點(diǎn)有限，控制集中，只能適用于懸臂式機(jī)械手等緊湊系統(tǒng)，而對(duì)于相對(duì)大型的橫走式機(jī)械手則無(wú)法適用。2.2示意圖圖2 整機(jī)器渲染圖1. 頂蓋帽 2.上蓋板 3.固定手臂 4.高度螺桿 2. 5.固定桿 6.旋轉(zhuǎn)底座 7.底座 8.夾頭 9.滑動(dòng)桿圖3.整機(jī)裝配簡(jiǎn)圖 圖4.工作原理圖3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1手臂部分設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手臂的動(dòng)力輸出由氣動(dòng)完成，夾取時(shí)必須能夠穩(wěn)定，根據(jù)夾子的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)然后外加模具的重量不是很重所以采取單氣缸式的機(jī)械手, 圖5夾具剖圖圖6夾具渲染圖 由一個(gè)氣缸帶動(dòng)一根桿子運(yùn)動(dòng)，桿子帶動(dòng)著滑塊，在滑塊上面有兩個(gè)鏈條鏈接手臂的夾子，夾子的前兩

8、段鏈接旁邊的壁部，當(dāng)氣缸回拉的時(shí)候手臂就張開，放出的時(shí)候就夾緊，以此反復(fù)，可以完成物件的夾起與放開。3.2氣缸部分設(shè)計(jì)考慮到取模機(jī)械手一般使用于一般的模具，不會(huì)很重，所以氣缸只需要有3公斤的氣壓就足夠了，將氣缸如圖方式固定 圖7 氣缸渲染圖 圖8氣缸簡(jiǎn)圖伸縮手臂為機(jī)械手執(zhí)行水平伸縮運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它是連接機(jī)械手末端執(zhí)行器和豎直升降手臂的部件，它的基本作用是完成末端執(zhí)行器的伸出和縮回運(yùn)動(dòng)。伸縮手臂在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，為防止手臂沿伸縮方向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)、加大承載能力，以及提高運(yùn)動(dòng)精度，必須設(shè)有導(dǎo)向裝置。伸縮手臂導(dǎo)向裝置需根據(jù)伸縮手臂的安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來(lái)確定，常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿。為使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)

9、單化，在本設(shè)計(jì)中，伸縮手臂采用的是新薄型帶導(dǎo)桿氣缸，該氣缸體積小、輕巧耐橫向負(fù)載能力強(qiáng)，耐扭矩能力強(qiáng)，不回轉(zhuǎn)精度高，導(dǎo)向桿的軸承課選擇滑動(dòng)軸承或球軸承，安裝方便，二面接管位置可供選擇 圖9氣缸連接圖4工作狀態(tài)4.1運(yùn)行設(shè)計(jì) 該機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。圖為機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)(水平方向)由氣缸1控制，上下運(yùn)動(dòng)(垂直方向)由氣缸2控制，逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。機(jī)械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動(dòng)，并由電磁閥控制。機(jī)械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動(dòng)作將工件從a處搬運(yùn)到b處，分別用幾個(gè)限位開關(guān)控制。圖10機(jī)器工作狀態(tài)圖工件在a點(diǎn)時(shí)候底盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，觸

10、碰到sq1的限位開關(guān)，氣缸1開始向外，觸碰sq3限位開關(guān)，氣缸2開始向下，觸碰sq5限位開關(guān)，機(jī)械手氣缸開始動(dòng)作夾起a點(diǎn)的工件，氣缸2開始向上，觸碰sq6限位開關(guān)，氣缸1開始動(dòng)作，觸碰sq4限位開關(guān)，底盤直流電機(jī)開始動(dòng)作，觸碰sq2限位開關(guān)，氣缸1開始向外，觸碰sq3限位開關(guān)，氣缸2開始向下，觸碰sq5限位開關(guān)，機(jī)械手氣缸開始動(dòng)作松開工件，氣缸2開始向上，觸碰sq6限位開關(guān)，氣缸1開始動(dòng)作，觸碰sq4限位開關(guān)，完成一次動(dòng)作。本設(shè)計(jì)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種三自由度氣動(dòng)機(jī)械手，主要由平移氣缸、平移滑塊、機(jī)架、底座、擺動(dòng)氣缸、平移導(dǎo)桿、手爪、垂直升降氣缸、垂直升降導(dǎo)桿及擺動(dòng)裝置所組成，平移氣缸

11、和平移滑塊相連接并設(shè)置在平移機(jī)架上，平移導(dǎo)桿與平移滑塊相連接，垂直升降氣缸與垂直升降導(dǎo)桿安裝在平移滑塊上，手爪安裝在垂直升降氣缸的下端部，擺動(dòng)氣缸的下端部連接在底座上，擺動(dòng)氣缸的上部連接在擺動(dòng)裝置上，擺動(dòng)裝置的下端固定地連接在機(jī)架上，擺動(dòng)裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與底座相連接。4.2運(yùn)行的控制設(shè)計(jì) 可編程控制器（plc）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)練成一個(gè)整體機(jī)易于擴(kuò)充功能

12、的原則設(shè)計(jì)。plc是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，其種類繁多，不同廠家的產(chǎn)品有各自的特點(diǎn)，但作為工業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，可編程控制器又有一定的共性。 plc實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：圖11 plc硬件結(jié)構(gòu)示意圖圖12工作順序圖 圖13 plc控制圖i/o分配輸入輸出啟動(dòng)i0.7三位三通電磁換向閥ya1 q0.1直流電機(jī)反轉(zhuǎn)i0.1三位三通電磁換向閥ya2 q0.2直流電機(jī)正轉(zhuǎn)i0.2三位三通電磁換向閥yb1q0.3氣缸1向外運(yùn)動(dòng)i0.3三位三通電磁換向閥yb2q0.4氣缸1向內(nèi)運(yùn)動(dòng)i0.4兩位兩通電磁換向閥yc1q0.5氣缸2向下運(yùn)動(dòng)i0.5氣缸2向上運(yùn)動(dòng)i0.6

13、 表1i/o分配 1.氣源 2.氣壓檢測(cè) 3.三位五通電磁換向閥 4.三位五通電磁換向閥 5三位五通電磁換向閥 6.兩位四通電磁換向閥 7.氣缸1 8.氣缸2 9.氣缸3 10氣缸4圖15氣動(dòng)回路5小結(jié) 這是一款運(yùn)用單片機(jī)調(diào)控的機(jī)械手，簡(jiǎn)化了市面上的橫走機(jī)，或者單臂的機(jī)器，合理的添加了可整體旋轉(zhuǎn)的功能，并且使材料縮減，節(jié)省了空間，使整體優(yōu)化了許多，更加的實(shí)用了。設(shè)計(jì)前，雖然在書本上已了解到單片機(jī)的一些知識(shí)，但不夠深入，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)遇到了很多問題，理論與實(shí)際之間存在一定的差距。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到了很多專業(yè)知識(shí)（如單片機(jī)、電路、數(shù)電、模電、傳感器等），我們也對(duì)這些課程進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。通過(guò)我

14、的努力，翻閱了大量的資料，在指導(dǎo)老師的幫助下，從方案的論證到每一步設(shè)計(jì)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，盡職盡責(zé)，按照設(shè)計(jì)要求，逐步完成了該項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)然，因?yàn)闀r(shí)間的短暫，課題完成的還不夠完善，要想達(dá)到運(yùn)用于生產(chǎn)還有一段差距，尤其是在軟件方面很難達(dá)到理想的控制效果。希望能在將來(lái)得到不斷改進(jìn)，最終開發(fā)出比較成熟的系統(tǒng)并應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)生活中。謝辭本論文設(shè)計(jì)在陸勇星老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從初期的定題到修改，還有最后的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，寫作期間，老師們?yōu)槲姨峁┝朔N種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，給我巨大的啟迪，鼓舞和鞭策，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。同時(shí)感謝所有教育過(guò)我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1楊明忠,朱家誠(chéng).機(jī)械設(shè)計(jì)m.武漢理工大學(xué)出版社,2006.2張建民.工業(yè)機(jī)器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，1988.3蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略