曲軸搬運上線機械手設(shè)計(常用版)

曲軸搬運上線機械手設(shè)計（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）

曲軸搬運上線機械手設(shè)計（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）第一章緒論1.1引言國內(nèi)外許多科研工作者正致力子氣動機器人和機械手的研究，并已經(jīng)取得了一系列重要的進展。90年代初，由Y．Band教授領(lǐng)導(dǎo)的小組采用了FESTO公司生產(chǎn)的氣動元件、可編程控制器和傳感器研制了電子氣動機器人“阿基里斯”六腳勘探員，能在人不易進入的危險區(qū)域中進行地形偵察。漢諾威大學(xué)材料科學(xué)趼究院設(shè)計了一種氣動攀墻機器入，利用氣動技術(shù)中的真空吸盤，使機器人產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)步進動作，從而完成在兩個相互垂直的表面上行走。國內(nèi)在此領(lǐng)域中也做出了不少成果。浙江大學(xué)流體傳動與控制實驗室研制的三自由度垂宜關(guān)節(jié)型氣動機器人，其定位精度之高也引起了廣泛的關(guān)注。從目前氣動機器人和機械手的發(fā)展來看，在技術(shù)上已經(jīng)取得了很大的進展并邁入了一個新階段，并在工業(yè)自動化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來，由于傳統(tǒng)工業(yè)機器人的應(yīng)用趨向飽和，而許多更高要求的工業(yè)生產(chǎn)和特種應(yīng)用則迫切需要各種智能機器人的參與，因麗智能機器人獲得了較為迅速的發(fā)展。依托氣動技術(shù)近年來快速發(fā)展所取得的成果，智能控制理論的研究突破以及在傳統(tǒng)機器人和機械手上的應(yīng)用，氣動機器人和機械手在許多領(lǐng)域中應(yīng)該能有所突破，應(yīng)該能開發(fā)出結(jié)構(gòu)更簡單、速度更快、抗環(huán)境污染及抗干擾性更強、價格比伺服電機和步進馬達更便宜的氣動機器人和機械手。1.2機械手的發(fā)展機械手是一種機電一體化裝置，是機器人研究最典型最常用的對象，能夠自動完成焊接、磨削、噴涂、裝配、搬運和醫(yī)護等作業(yè)操作，因此在工業(yè)現(xiàn)場，特別是在惡劣危險以及要求精確性較高的環(huán)境中的到了廣泛的應(yīng)用。早期的機器人研究幾乎都是圍繞機械手展開的，多自由度的機械手作為非線性、多變量、強耦合的動態(tài)系統(tǒng)，迄今仍存在很高的研究價值。廣義上的機器人研究涵蓋了機械、材料、電子、光學(xué)、計算機、通信、自動控制、人工智能和仿生學(xué)等諸多學(xué)科，包括機械手、移動機器人、水下機器人等多種形式。機械手作為機器人的一個分支，具有典型的模型對象、傳感裝置和控制方法，因而可以定義為狹義的機器人?，F(xiàn)代工業(yè)機器人／機械手，起源于20世紀(jì)50年代初期，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)晶種類變更、具有多自由度動作功能的柔性自動化設(shè)備。其中，通用機械手因具有獨立的控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣等特點，在中、小批量自動化生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著氣動技術(shù)的迅速發(fā)展，氣動元件及氣動自動化技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于機械手中，構(gòu)成氣動機械手。氣動系統(tǒng)的最大優(yōu)勢就是低成本、模塊化和集成化。氣動機械手同樣包含感知部分、控制部分、主機部分和執(zhí)行部分4個方面。采集感知信號及控制信號均毒智麓闋島來處理；氣動詞服定位系統(tǒng)替代了伺服電機、步進馬達或液壓伺服系統(tǒng)；汽缸、擺動馬達完成原來由液壓缸或機械傳動執(zhí)行動作；主要部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型轉(zhuǎn)以模塊化的裝配形式，使得氣動機械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。早期的機器人研究幾乎都是圍繞機械手展開的，多自由度的機械手作為非線性、多變量、強耦合的動態(tài)系統(tǒng)，迄今仍存在很高的研究價值。廣義上的機器人研究涵蓋了機械、材料、電子、光學(xué)、計算機、通信、自動控制、人工智能和仿生學(xué)等諸多學(xué)科，包括機械手、移動機器人、水下機器人等多種形式。機械手作為機器人的一個分支，具有典型的模型對象、傳感裝置和控制方法，因而可以定義為狹義的機器人。1.3基于PLC的氣動搬運機械手的基本設(shè)計思路機械手的功能此機械手由PLC控制，氣動系統(tǒng)傳動。PLC能夠多次編程使機械手的適應(yīng)能力更強，也實現(xiàn)了自動化，氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護簡單，壓力等級低，使用安全。氣動技術(shù)以空氣為工作介質(zhì)，空氣隨處可取，排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低；在PLC控制下機械手能完成轉(zhuǎn)動、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置。實現(xiàn)搬運物品的功能。機械手的設(shè)計步驟基于PLC控制的氣動搬運機械手主要設(shè)計步驟：（1）通過查閱相關(guān)資料，決定采用氣壓傳動，PLC控制，確立主要參數(shù)并初步設(shè)計總體結(jié)構(gòu)。（2）根據(jù)零部件的設(shè)計計算，確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的尺寸、材料等。（3）采用CAXA繪制出裝配圖和零件圖并且進行必要的標(biāo)注和說明。（4）對所有零部件進行UG的三維實體建模，裝配。（5）設(shè)計氣壓傳動系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。（6）根據(jù)要求和設(shè)計過程，編寫設(shè)計說明書。機械手的基本設(shè)計思路本課題研究的機械手是一個三自由度機械手，其功能是把工件（曲軸）搬運到流水線上。通過氣壓傳動的四個氣缸（升降氣缸、水平伸縮氣缸、轉(zhuǎn)動氣缸和夾持氣缸）在PLC的控制下實現(xiàn)規(guī)定的動作。實現(xiàn)搬運的功能。機械手結(jié)構(gòu)示意圖第二章機械手的設(shè)計方案總述2.1引言氣動機械手作為機械手的一種．具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。本文介紹一種用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線上搬運物料的氣動機械手，該機械手覆蓋了PLC控制技術(shù)、氣動技術(shù)、是機電一體化的典型設(shè)備，有著比較廣泛的應(yīng)用前景。2.2主要結(jié)構(gòu)2.2.1升降機構(gòu)圖2.1升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1-上缸蓋、2-防塵環(huán)、3-活塞、4-氣缸壁、5-導(dǎo)向缸、6-活塞桿、7-下缸蓋、8-氣孔、9-氣孔該升降機構(gòu)的活塞桿固定，通過活塞桿中的氣孔實現(xiàn)氣壓傳動實現(xiàn)氣缸的升降，當(dāng)氣孔8進氣時，氣缸下降；當(dāng)氣孔9進氣時，氣缸上升。外部的導(dǎo)向缸由鑄鐵鑄造，其內(nèi)表面精銑，導(dǎo)向缸減少活塞桿的徑向力。特點：升降氣缸沒有把氣孔開在汽缸前后蓋上，而是把氣孔開在活塞桿上，水平伸縮機構(gòu)圖2.2水平伸縮氣缸結(jié)構(gòu)圖1-氣缸前蓋、2-氣缸壁、3-活塞桿、4-活塞、5-氣缸后蓋、6-固定架、7-導(dǎo)桿、8導(dǎo)桿架氣缸前蓋1、氣缸蓋2、活塞桿3、活塞4.、氣缸后蓋5組成了伸縮氣缸，在導(dǎo)桿7的作用下使整個機構(gòu)只剩下水平方向一個自由度。轉(zhuǎn)動機構(gòu)圖2.3轉(zhuǎn)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1-轉(zhuǎn)動氣缸缸蓋、2-轉(zhuǎn)動氣缸缸壁、3-轉(zhuǎn)動活塞桿、4（6）-下機座、5-轉(zhuǎn)動直齒輪、7-活塞桿保護套、8-活塞桿轉(zhuǎn)動活塞桿3與轉(zhuǎn)動直齒輪5組成齒輪齒條傳動實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。夾持機構(gòu)圖2.4夾持機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1-氣缸后蓋、2-活塞桿、3-氣缸壁、4-氣缸前蓋、5-夾持爪固定架、6-夾持爪活塞桿上下端的桿與夾持爪扇形部分的蝸輪嚙合。2.3機械手總體方案的確定此機械手由四大主題部分構(gòu)成：升降機構(gòu)、伸縮機構(gòu)、轉(zhuǎn)動機構(gòu)、夾持機構(gòu)。升降機構(gòu)包括：1底板、2活塞桿固定板、3活塞桿保護套以及升降氣缸等；伸縮機構(gòu)包括：氣缸放置平臺、一些與升降連接的板、9伸縮氣缸和10導(dǎo)桿等；轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括：轉(zhuǎn)動活塞桿、轉(zhuǎn)動直齒輪等；夾持機構(gòu)包括：11連接板、12連接桿、13夾持氣缸、15夾持爪等?；赑LC的氣動搬運機械手的工作原理及優(yōu)點：由PLC控制機械手的動作順序，氣壓系統(tǒng)來傳動完成動作。通過1底板、2活塞桿固定板、3活塞桿保護套把7主活塞桿固定，主活塞桿上有兩個直徑10mm的氣孔分別通與活塞的兩側(cè)，不同氣孔進氣控制著活塞的升降，導(dǎo)向缸與下機座連接，其作用是導(dǎo)向，減少住活塞桿的徑向力，使機構(gòu)更加穩(wěn)定。水平伸縮氣缸控制機械手伸出的范圍，搭配兩根導(dǎo)桿把伸縮氣缸活塞桿的自由度減為1。使得機械手能較準(zhǔn)確的定位。5轉(zhuǎn)動氣缸活塞桿一側(cè)有齒條，與6轉(zhuǎn)動直齒輪形成齒輪齒條的傳動，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的功能。夾持氣缸的活塞桿14與爪15之間采用蝸輪蝸桿嚙合，利用蝸輪蝸桿的自鎖使搬運工件時夾持氣缸不用提供力，大大減小了夾持氣缸的尺寸，同時減少了能耗。圖2.5機械手設(shè)計方案圖1-底盤、2-活塞桿固定蓋、3-活塞桿保護套、4-轉(zhuǎn)動活塞桿、5-下機座、6-轉(zhuǎn)動直齒輪、7-活塞桿、8-導(dǎo)向缸、9-水平伸縮氣缸、10-導(dǎo)桿、11-連接板、12-連接桿、13-夾持氣缸、14-夾持氣缸活塞桿、15-夾持爪第三章主要零部件的設(shè)計計算3.1氣缸的設(shè)計與計算3.11氣缸的設(shè)計步驟根據(jù)工作機構(gòu)運動要求和結(jié)構(gòu)要求選擇氣缸的類型及安裝方式。根據(jù)工作機構(gòu)載荷及速度要求，計算氣缸直徑。計算一般應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)缸徑（參考表3.1）。由氣缸直徑及工作壓力，計算、選擇缸筒壁厚，計算活塞桿直徑（桿徑）也需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，參考表3.2）。根據(jù)工作要求及缸的類型，確定氣缸各部分結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)要求等。3.12氣缸的基本參數(shù)氣缸的基本參數(shù)為氣缸內(nèi)徑、活塞桿直徑等?？煞謩e參考表3.1和表3.2所推薦的數(shù)值。表3.1缸筒內(nèi)徑系列(mm)810121620253240506380（90）100110125（140）160（180）200（220）250320400500630表3.2活塞桿直徑系列（mm）4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604003.2升降氣缸有關(guān)計算及其建模3.2.1活塞桿上輸出力和缸徑的計算圖3.1單活塞桿雙作用氣缸單活塞桿雙作用氣缸是使用最為廣泛的一種普通氣缸，因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等。活塞左行時活塞桿產(chǎn)生推力F1，活塞右行時活塞桿產(chǎn)生拉力F2。（3.1）(3.2)式中：F1是活塞桿的推力（N）；F2是活塞桿的拉力（N）；D是活塞直徑（m）；d是活塞桿直徑；p是氣缸工作壓力（Pa）；Fz是氣缸工作的總阻力（N）。氣缸工作時的總阻力F與眾多因素有關(guān)，如運動部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率的形式計入公式，如要求氣缸的靜推力F1和靜拉力F2，則在計入載荷率后（3.3）（3.4）計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特性。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取=0.3-0.5，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，其載荷率可取=0.7-0.85。由式（3.3），取=0.85，p=0.2MPa，F(xiàn)1=1000*9.8N=9800N?？汕蟮臍飧字睆紻=271mm。查表3.1選取氣缸直徑D=320mm。3.2.2活塞桿的計算(1)按強度條件計算當(dāng)活塞桿的長度L較小時（L<<10d），可以只按強度條件計算活塞桿直徑=(3.8)式中F1為氣缸的推力；為材料的抗拉系數(shù)（Pa），45鋼=600MPa；Ｓ是安全系數(shù)，，取S=1.4；是活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa）；；查表3.2，選取活塞桿直徑d=50mm。（２）按縱向彎曲極限力計算氣缸承受軸向壓力以后，會產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達到極限力以后，活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞直徑及行程有關(guān)。當(dāng)長細比為時，（3.9）當(dāng)長細比為L/K<85時，（3.10）式中：L為活塞桿計算長度（mm）,K為活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，空心桿==12.75mm；I為活塞桿斷面慣性矩，空心桿；d為活塞空心桿內(nèi)孔直徑（mm）；A1為活塞桿截面積，空心桿；n為系數(shù)，取n=1；E為材料彈性模量，對鋼取E=2.1x10Pa；f為材料強度實驗值，對鋼取f=49x10Pa；a為系數(shù)，對鋼取a=1/5000。因為L=1320mm，K=12.75mm，n=1；85=85*1=85mm；L/K=1320/12.75=103.5>42.5；由式（3.9）得=1*N>9800N所以合格，活塞桿直徑d=50mm3.2.3氣缸壁厚值的選擇氣缸壁的材料為HT15，由表3.1選取氣缸壁厚為16mm。表3.1氣缸筒壁厚(mm)材料氣缸直徑5080100125160200250320壁厚鑄鐵HT15078101012141616鋼Q235A、45、20號無縫管5677881010鋁合金8-1212-1414-173.2.4升降氣缸的建模3.3轉(zhuǎn)動氣缸的設(shè)計計算及其建模3.3.1轉(zhuǎn)動氣缸的設(shè)計計算圖3.2轉(zhuǎn)動氣缸因為轉(zhuǎn)動氣缸的結(jié)構(gòu)特殊，活塞桿的強度很明顯合格，氣缸壁材料為45鋼，其壁厚查表3.1可知為10mm，氣缸的內(nèi)徑為200mm，因為氣壓系統(tǒng)的壓力為0.2MPa則氣缸可產(chǎn)生的力為F==0.2*10*3.14*（0.2）=2.512*10N。此轉(zhuǎn)動氣缸的原理：通過活塞桿一側(cè)的齒條與齒輪的嚙合傳動實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。3.3.2轉(zhuǎn)動氣缸的建模3.4直齒輪和齒條的設(shè)計計算及其建模3.4.1直齒輪和齒條的設(shè)計計算表漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪與齒條傳動幾何尺寸的計算公式名稱代號計算公式直齒輪齒條模數(shù)m(根據(jù)齒輪受力情況和結(jié)構(gòu)需要確定，選取標(biāo)準(zhǔn)值m=5)選取標(biāo)準(zhǔn)值=5*30=150mmEQ=1*5=5mm=(1+0.25)*5=6.25mm=(2*1+0.25)*5=11.25mm=(30+2*1)*5=160mm=(30-2*1-2*0.25)*5=137.5mm150=150*cos=141mm=3.14*5=15.7mm=15.7*cos=14.75mm=3.14*5/2=7.85mm=3.14*5/2=7.85mmc=c*m=0.25*5=1.25mmEQ壓力角分度圓直徑d齒頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑齒根圓直徑基圓直徑齒距p基圓齒距齒厚s齒槽寬e頂隙c節(jié)圓直徑直齒輪的建模3.5取料手的自鎖3.5.1自鎖現(xiàn)象物塊平衡時，靜摩擦力不一定達到最大值，可在零與最大值之間變化，所以全約束力與法線間的夾角φ也在零與摩擦角之間變化.由于靜摩擦力不可能超過最大值，因此全約束力的作用線也不可能超出摩擦角以外，即全約束反力必在摩擦角之內(nèi)。由此可知：（1）如果作用于物塊的全部主動力的合力的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個力怎樣大，物塊必保持靜止。稱這種現(xiàn)象為：自鎖現(xiàn)象。因為在這種情況下，主動力的合力與法線間的夾角，因此，主動力的合力的作用線必在摩擦角之內(nèi)，而全約束力的作用線也在此摩擦角之內(nèi)，主動力的合力和全約束力必能滿足二力平衡條件，如圖所示，所以物塊必靜止。工程實際中常應(yīng)用自鎖原理設(shè)計一些機構(gòu)或夾具，如壓榨機、圓錐銷等，使它們始終保持在平衡狀態(tài)下工作。（2）如果全部主動力的合力的作用線在摩擦角之外，則無論這個力怎樣小，物塊一定會滑動。因為在這種情況下，全部主動力的合力的作用線已在摩擦角之外，全約束力的作用線不可能出現(xiàn)在摩擦角之外，不能滿足二力平衡條件，如圖所示，所以物塊不會靜止。應(yīng)用這個道理，可以設(shè)法避免發(fā)生自鎖現(xiàn)象。如果作用于物體的主動力的合力Q的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個力怎樣大，總有一個全反力R與之平衡，物體保持靜止；反之，如果主動力的合力Q的作用線在磨擦角之外，則無論這個力多么小，物體也不可能保持平衡。這種與力大小無關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。自鎖夾持氣缸的活塞桿與取料手的傳動形式為蝸輪蝸桿傳動，利用渦輪蝸桿傳動結(jié)構(gòu)的特點：可自鎖。采用了自鎖后，大大的減小了夾持氣缸的尺寸。第4章控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1PLC技術(shù)簡介隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammableLogicController）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。可編程序控制器簡稱PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC廣泛應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。國際電工委員會（IEC）早1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！睆纳鲜龆x可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種控制器功能外，還有與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。PLC特點鮮明，具體特點如下：1.編程方法簡單易學(xué)梯形圖是使用的最廣的PLC編程語言，其電路符號和繼電器的電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的人只有花上幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。2.功能強，性能價格比高一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品質(zhì)齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和中小型交流接觸器。通過修改用戶程序，可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。4.可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可以減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一，大大減少了因觸點接觸不良而造成的故障。PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多?？梢栽趯嶒炇夷M調(diào)試PLC的用戶程序，輸入信號可用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)。在現(xiàn)場調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)問題可以通過修改程序來解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息，方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。7.體積小，能耗低控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此開關(guān)柜的體積比原來的小得多。PLC的控制系統(tǒng)的配線比繼電器控制系統(tǒng)少的多。4.2機械手氣動系統(tǒng)設(shè)計氣動機械手硬件系統(tǒng)由四個氣缸、限位磁性接近開關(guān)、4個三位五通電磁氣閥、控制面板、接線端子、PLC、按鈕開關(guān)及指示燈等相關(guān)電氣元件組成。當(dāng)按鈕開關(guān)或磁性接近開關(guān)發(fā)出信號傳遞到PLC輸入端子，經(jīng)過PLC程序處理，PLC發(fā)出動作控制信號驅(qū)動相應(yīng)主控閥電磁線圈的通斷，控制壓縮空氣的運動方向，使氣缸產(chǎn)生對應(yīng)的動作。要實現(xiàn)前述控制任務(wù)要求，其控制部分包括氣動回路與PLC控制部分。氣動機械手的氣壓控制回路如圖4.1所示。氣源產(chǎn)生壓縮空氣，經(jīng)三聯(lián)件處理后，經(jīng)三位五通閥和單向節(jié)流閥分別進入水平伸縮氣缸、轉(zhuǎn)動氣缸、夾持氣缸、升降氣缸。三位五通閥兩側(cè)電磁線圈的通斷決定了氣缸的動作，比如控制水平伸縮氣缸的三位五通閥Y4通電時，水平伸縮氣缸活塞桿左移；Y3通電時水平伸縮氣缸活塞桿右移。單向節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)氣缸的運動速度，產(chǎn)生一定的背壓緩沖。圖4.1機械手氣動回路原理圖4.3機械手電氣系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用PLC作為電氣控制，可以減化控制線路，降低故障率，實現(xiàn)機械手多種動作線路。一般機械手有手動、自動控制之分，手動控制主要用來硬件調(diào)試。自動控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動按鈕，檢測氣動機械手是否處于原位，如果不是，按下復(fù)位按鈕回到原位，如果是，則檢測氣動機械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動按鈕，機械手執(zhí)行一步動作；單周期執(zhí)行一次動作循環(huán)，最后回到初始位置；周循環(huán)則是機械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動作，直到按下復(fù)位或停止按鈕為止。根據(jù)機械手的硬件結(jié)構(gòu)，PLC輸入信號有：工作狀態(tài)選擇開關(guān)輸入、啟動停止按鈕輸入、磁性接近開關(guān)信號輸入、手動開關(guān)輸入及程序選擇開關(guān)輸入共24個輸入點；機械手的輸出信號有：驅(qū)動4個氣缸的電磁閥線圈8個，，原點指示燈1個，共9個輸出點。選擇輸入點大于24點，輸出點大于9點的PLC．可選擇三菱的FX2n—64MR-001，其電氣接線如圖4.2所示。圖4.2PLC電器接線圖4.4機械手PLC程序設(shè)計氣機械手的控制及動作路線由PLC的程序來實現(xiàn)，根據(jù)前述要求，該程序框架采用調(diào)用子程序方法，在主程序中實現(xiàn)機械手工作狀態(tài)的選擇，子程序?qū)崿F(xiàn)機械手的復(fù)位和動作路線的實現(xiàn)，這種程序框架邏輯清晰，便于閱讀與修改擴展，其程序框架如圖5所示。其中，機械手動作子程序是控制程序的核心部分，針對氣缸順序控制要求，采用順序功能圖(SequentialFunctionChan，SFC)的設(shè)計方法，運用FX2n系列PLC中的STL指令來實現(xiàn)。假設(shè)機械手要實現(xiàn)搬運曲軸的工作，開始時機械手處于初始位置，即要實現(xiàn)動作如圖4.3所示，其順序功能圖如圖4.4所示。圖4.3PLC主程序框架圖圖4.4機械手動作順序圖圖4.5順序功能圖第5章機械手的三維建模5.1UG簡介及三維實體建模UG簡介UGNX是美國UGS公司推出的CAD／CAE／CAM一體化軟件，是當(dāng)今世界上最先進的計算機輔助設(shè)計、分析和制造軟件之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工作圖等設(shè)計功能，在設(shè)計過程中還可以進行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析，完成產(chǎn)品概念設(shè)計、模型建立、性能分析和運動分析、加工刀路的生成等整個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，實現(xiàn)真正意義上的無紙化生產(chǎn)。UG面向過程驅(qū)動的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在面向過程驅(qū)動的技術(shù)環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品及精確地數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關(guān)。由于系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，完全共享零件和產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)，為協(xié)同工作提供了基礎(chǔ)。CAD功能實現(xiàn)了目前制造行業(yè)中常規(guī)的工程分析、設(shè)計和繪圖功能的自動化。用戶能夠方便地繪制出任何復(fù)雜的實體以及造型特征。三維實體建模UG軟件建模是基于特征的符合建模，是顯示建模、參數(shù)化建模、基于約束的建模3種建模技術(shù)的選擇性結(jié)合。顯示建模：顯示建模的對象是相對于模型空間，而不是相對于彼此建立。對一個或多個對象所做的改變不影響其他對象。參數(shù)化建模：將用于模型定義的尺寸參數(shù)和參數(shù)值隨模型儲存，參數(shù)變量可以彼此引用，從而建立模型的各個特征之間的關(guān)系。可以通過編輯參數(shù)變量修改整個模型。例如：用戶設(shè)置參數(shù)關(guān)系、孔的深度總是等于凸墊的高度，通過編輯參數(shù)，可以同時更新模型的孔和凸墊?；诩s束的建模：模型幾何體的一組設(shè)計規(guī)則的定義，稱之為約束。模型是通過約束來驅(qū)動或求解的。這些約束可以是尺寸約束（如草圖尺寸或定位尺寸）或幾何約束（如平行或相切），如一條線相切到一條弧。設(shè)計者的意圖是線的角度改變時仍維持相切，或當(dāng)角度修改時仍維持正交條件。另外，UGNX提供了一套強有力的工具——直接建模工具，進一步擴展了復(fù)合建模功能。用戶可以直接修改遺留的和基于歷史的模型，添加新的特征和“在表面進行智能化操作”。接到任務(wù)后，應(yīng)先研究產(chǎn)品的整體輪廓，然后再考慮細節(jié)，對整個產(chǎn)品進行統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計，盡可能使用全參數(shù)化的建模方法，具體如下：（1）特征分解分析零件的形狀特點，然后把它隔離成幾個主要的特征區(qū)域。接著，對每個區(qū)域再進行粗線條分解，及至在頭腦中有一個總體的建模思路以及一個粗略的特征圖，同時要辨別出難點、容易出問題的地方。（2）建立基礎(chǔ)特征即根據(jù)特征設(shè)計，建立零件毛坯形狀。（3）詳細設(shè)計利用成型特征，增加或減少材料。詳細設(shè)計的一般原則如下：=1\*GB3①先粗后細：先作粗略的形狀，再逐步細化。=2\*GB3②先大后?。合茸鞔蟪叽缧螤?，再完成局部的細化。=3\*GB3③先外后里：先作外表面形狀，再細化內(nèi)部形狀。（4）細節(jié)設(shè)計利用特征操作，倒圓角、斜角，構(gòu)建各類孔系，各類溝槽等。5.2機械手零件建模建模方法與步驟演示下面進行機械手的UG建模：新建文件:選擇菜單欄【文件】→【新建】命令，創(chuàng)建新部件，“文件名”為xiajizuo,單位選擇“毫米”。選擇菜單欄中【應(yīng)用】命令，進入建立模型模塊。繪制圓柱體：（1）選擇【草圖】命令，單擊圖標(biāo)，進入草圖模式。單擊鍵，建立如圖5-1a所示草圖；（2）單擊【完成草圖】命令，進入建模模式，單擊【回轉(zhuǎn)】命令，彈出如圖5-1b所示對話框，設(shè)置回轉(zhuǎn)參數(shù)，單擊確定，生成如圖5-1c所示下機座部分圖。abc圖5-1機械手主要零件的三維建模abcdef圖4-7a圖4-7b圖4-7c圖4-7d圖4-7e圖4-7f圖4-7gg圖5-2a.主活塞b.轉(zhuǎn)動活塞桿c.連接板d.轉(zhuǎn)動直齒輪e.氣爪活塞桿f.夾持氣缸連接桿g.氣缸蓋5.3機械手裝配零件裝配簡單演示新建文件:選擇菜單欄【文件】→【新建】命令，創(chuàng)建新部件，“文件名”為zhuhuosaigang-ZPT,單位選擇“毫米”。單擊【起始】→【裝配】命令，進入裝配模式。單擊【裝配】→【組建】→【添加現(xiàn)有組件】，出現(xiàn)如圖5-3a所示對話框。單擊【選擇部件文件】，出現(xiàn)零件選擇的對話框，選擇零件圖主活塞桿，單擊【確定】。出現(xiàn)組建預(yù)覽框，以及一個對話框，如圖5-3b所示。單擊【添加現(xiàn)有部件】→【確定】，出現(xiàn)如圖5-3abc

d圖5-3單擊【添加現(xiàn)有組建】，選擇部件主活塞零件，出現(xiàn)如圖5-4a所示主活塞的對話框和零件圖。單擊【確定】，出現(xiàn)如圖5-4b所示對話框，單擊對話框配對類型中的中心圖標(biāo)，然后單擊組件預(yù)覽中活塞一側(cè)使其變紅,然后點擊活塞桿軸肩處,使其變成澄色,結(jié)果如圖5-4c所示。單擊配對條件對話框中的【確定】，至此完成abcd圖5-45.3.2裝配圖機械手裝配圖圖5-5裝配圖結(jié)論此次設(shè)計在參考大量的國內(nèi)外文獻基礎(chǔ)之上，結(jié)合設(shè)計任務(wù)要求，主要完成了：（1）初步設(shè)計總體結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計計算。（2）采用CAXA繪制出裝配圖和零件圖。（3）對所有零部件進行UG的三維實體建模，裝配。（4）設(shè)計氣壓傳動系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。（5）根據(jù)要求和設(shè)計過程，編寫設(shè)計說明書。機械手傳動部分為氣壓傳動，分為四個模塊，分別為:升降機構(gòu)、水平伸縮機構(gòu)、轉(zhuǎn)動機構(gòu)、夾持機構(gòu)。升降機構(gòu)和水平伸縮機構(gòu)由相應(yīng)的氣缸和導(dǎo)向裝置組成；轉(zhuǎn)動機構(gòu)采用帶有齒條的活塞桿傳動直齒輪的形式來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動功能；夾持機構(gòu)利用了蝸輪蝸桿的自鎖，利用工件的自重實現(xiàn)自鎖。機械手的控制部分由PLC控制，選用的PLC型號為FX2N-64MR,有32個輸入點和輸出點，通過子程序的調(diào)用使機械手能夠?qū)崿F(xiàn)：手動，單步，單周期，連續(xù)周期四種形式的運行方式。本次設(shè)計主要可以得出以下結(jié)論：利用PLC對機械手實現(xiàn)了自動控制．簡化了氣壓傳動部分的結(jié)構(gòu)，提高了生產(chǎn)的自動化程度和速度，減輕了工人的勞動強度，節(jié)約了人力資源，具有很強的實用性。氣動控制回路簡單、電氣控制容易實現(xiàn)、成本相對低。此機械手適合用于工業(yè)中單調(diào)、頻繁的搬運或抓取類工作。參考文獻[1]蔣曉剛，高嶺，陳永備，四自由度氣動機械手的程序設(shè)計，《精密制造與自動化》2021年第1期[2]張群生，機械手的PLC控制系統(tǒng)《裝備制造技術(shù)》2007年第6期[3]孫迎遠，PLC在氣動機械手中的應(yīng)用《煤礦機械》2021年第9期[4]張波，李衛(wèi)民，尚銳，多功能上下料用機械手液壓系統(tǒng)《氣壓與氣壓》2002年第8期[5]楊后川，楊萍，陳勇，張學(xué)明，基于FX2NPLC控制的實驗用氣動機械手設(shè)計《液壓與氣動》2021年第2期[6]黃偉玲，基于PLC的氣動搬運機械手設(shè)計《煤礦機械》2021年10月[7]張州，劉廣瑞，杜大軍，基于PLC控制的氣動機械手系統(tǒng)《機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新2》004年5月[8]李軍英，劉艷香，焦冬梅，三菱PLC在氣動機械手中的應(yīng)用《機電工程技術(shù)》2007年9月[9]周虹，氣動與PLC技術(shù)相結(jié)合在機械手設(shè)計中的應(yīng)用《液壓與氣動》2004年3期[10]趙美寧，王佳，自動供料機械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計《液壓與氣動》2007年9期[11]宋旦鋒，模塊化氣動裝卸機械手的研究與開發(fā)[學(xué)位論文]碩士2004[12]李超，氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā)[學(xué)位論文]碩士2003[13]加藤一郎，《機械手圖冊》1979[14]馬香峰，《工業(yè)機器人的操作機設(shè)計》1996[15]陳冰冰，氣動機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析及控制的研究，碩士學(xué)位論文[16]孫兵，趙斌，施永輝，物料搬運機械手的研制，《機電一體化》2005年[17]陳大奎，搬運機械手氣動控制系統(tǒng)的研究，哈爾濱工程大學(xué)[18]王建軍，袁幫誼，基于ADAMS的搬運機械手仿真設(shè)計《中國科技博覽》2021致謝本課題是在譚立新老師的精心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x和最誠摯的敬意。四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。再有要感謝一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們，與他們的一次次交流使我得以不斷進步和提高。我能夠?qū)Ｐ膶W(xué)習(xí)，順利完成學(xué)業(yè)，與我的父母的培養(yǎng)、鼓勵和支持是分不開的，在此向他們表示最誠摯的感謝！感謝文中所引用文獻的所有作者們！再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們！優(yōu)秀設(shè)計畢業(yè)設(shè)計題目：曲軸搬運上線機械手設(shè)計學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：20**年5月25日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書設(shè)計（論文）題目：曲軸搬運上線機械手設(shè)計姓名學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)老師職稱教研室主任一、基本任務(wù)及要求：任務(wù)1.總體方案設(shè)計（平面、三維、爆炸圖）要求1.圖紙折合A0不少于3.0張2.主要技術(shù)參數(shù)確定2.說明書論文少于1.5萬字3.搬運線機械手設(shè)計3.獨立完成4.主要零部件設(shè)計5.控制系統(tǒng)設(shè)計6.應(yīng)用相關(guān)合適軟件分析研究二、進度安排及完成時間：第1周：課題熟悉資料查閱第10周：平面、三維、爆炸圖第2周：開題報告文獻綜述第11周：控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計第3周：擬定總體方案第12周：分析研究第4周：總裝圖草案、初定主要結(jié)構(gòu)第13周：分析研究及部分程序第5周：機動第14周：說明書（論文）撰寫第6周：畢業(yè)實習(xí)及實習(xí)報告第15周：審核第7周：平面、三維、爆炸圖第16周：答辯、成績評定第8周：平面、三維、爆炸圖第9周：平面、三維、爆炸圖畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：曲軸搬運上線機械手設(shè)計學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1．文獻綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2500字以上的文獻綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻資料。文獻綜述1、引言機械手（mechanicalhand）也被稱為自動手（autohand）。工業(yè)機械手（簡稱機械手）是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已漸成為現(xiàn)代機械制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸形成一門新興的學(xué)科——機械手工程。機械手之所以迅速發(fā)展還因為它的積極作用日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工作的傳送和裝卸；起三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配。從而大大地改善工人的勞動條件，顯著提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到各先進工業(yè)國家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用工業(yè)機械手是在自動線上搬運物料的一種自動化裝置。其工作對象是將物料從生產(chǎn)線上轉(zhuǎn)運到下道工序或存放位置。主要完成以下幾個動作：下降一旋轉(zhuǎn)一抓取并夾持物料一旋轉(zhuǎn)一上升一松開并放置物料。2、工業(yè)機械手的歷史、用途、發(fā)展趨勢2.1工業(yè)機械手的發(fā)展史早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學(xué)幻想所系的“永動機”、太空探險以及夢想解決人的機能所無法達致境界的求新意念，推動科學(xué)家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機械。上世紀(jì)六、七十年代的自動化機器、無人操縱的飛行器等等，即是此產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條上的一個大膽的嘗試與突破。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年美國聯(lián)合控制公司在上述方案上又試制出一臺示教再現(xiàn)型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。同年美國機械制造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。1978年美國Unimate（萬能自動）公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種叫Unimate---vic---arm型工業(yè)機械手。裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1mm毫米。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力從事機械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位達50多個。在數(shù)量上日本已占世界首位，約占70%，并以每年50-60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，至1977年底，其中有一半是國產(chǎn)，一半是進口。主要用于機械化、自動化程度較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。目前蘇聯(lián)的輔助性作業(yè)工人中搞設(shè)備維修的約占37%。進入80年代之后，美國政府和企業(yè)界才對機器人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機器人，另一方面制訂計劃、提高投資，增加機器人的研究經(jīng)費，使美國的機器人迅速發(fā)展。

80年代中后期，隨著應(yīng)用機器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機器人的技術(shù)性能越來越滿足不了實際需要，美國開始生產(chǎn)帶有視覺、力覺的第二代機器人，并很快占領(lǐng)了美國60％的機器人市場。

美國的機器人技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進，適應(yīng)性也很強。具體表現(xiàn)在：

（1）性能可靠，功能全面，精確度高；

（2）機器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首；

（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用；

（4）高智能、高難度的軍用機器人、太空機器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。

2.2工業(yè)機械手的用途在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于實現(xiàn)機械化。工業(yè)機械手是為實現(xiàn)工序的自動化而產(chǎn)生的。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍；(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件；(3)可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動；（4）可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等；(5）宇宙及海洋的開發(fā)；(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗……2.3工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。在國呢主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造中，工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備有任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀以及微型計算機。觸覺功能既在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力感敏元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力感敏元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。3、機械手的結(jié)構(gòu)3.1執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)一般由三部分組成：手部、手臂、軀干。手部安裝在手臂的前端。機械手手部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)目又分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般是指真空吸盤或磁形吸盤。機械手手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)之分。目前采用的手臂都是無關(guān)節(jié)臂。多關(guān)節(jié)手臂還處在研究階段。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。總括機械手的運動，離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此它采用的執(zhí)行機構(gòu)主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、交流伺服馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。機械手軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機構(gòu)的支架。

3.2驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。其中以液壓、氣壓用的最多，占90%以上；電動、機械驅(qū)動用的較少。液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、油馬達加齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、油馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小，出力大，動作平緩，可無級調(diào)速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4~6個大氣壓，個別的大到8~10個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機是產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構(gòu)或緩沖減震機構(gòu)。電氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電極作為動力，用大減速比減速器驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)；直線運動則用電極帶動絲杠螺母機構(gòu)；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮采用步進電極、直流或交流的伺服電電極、變速箱等。電器驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單；維護方便。驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用同一型式的動力，出力比較大；缺點是控制響應(yīng)速度比較慢。機械驅(qū)動只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，工作速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。3.3控制系統(tǒng)機械手控制的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度和加減速度等。機械手的控制分為點位控制和連續(xù)控制兩種，目前以點位控制為主，占90%以上?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存貯，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。程序的存貯方式分為分離存貯和集中存貯兩種。分離存貯是將各種控制因素的信息分別存貯兩種以上的存貯裝置中，如順序信息存貯于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存貯時間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等。集中存貯是將各種控制因素的信息全部存貯于一種裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。這種方式用于順序、位置、時間、速度等必須同時控制的場合、即連續(xù)控制的情況下使用。對于動作復(fù)雜的機械手，采用示教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計算機或微處理機控制的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以插銷用得最多，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。它裝有許多凸輪，每一凸輪分為配給一個運動軸，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動一周便完成一個工作循環(huán)。插銷板適用于需要迅速改變程序的場合。換一種程序只需抽換一種插銷板就可，而同一插件又可以反復(fù)使用。穿孔帶容納程序長度可不受限制，但如果發(fā)生錯誤是就要全部更換。穿孔卡的信息容納量有限，但便于更換、保存、可重復(fù)使用。磁芯和磁鼓僅適用于存貯容量較大的場合。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動作的復(fù)雜程度和精度程度來確定。4結(jié)論語畢業(yè)設(shè)計對我們大學(xué)生來說是必不可少的，也是對我們這種還沒有畢業(yè)的來說，由于沒有做過，所以很陌生。雖然陌生，但是確實十分重要的。通過畢業(yè)設(shè)計我們可以對所學(xué)的專業(yè)知識進行一次初步的總結(jié)，并初步應(yīng)用到實踐中去，還可以培養(yǎng)我們分析和解決問題的能力。同時，它能讓我們熟悉一些基本的機械設(shè)計的流程，撐握一些基本的設(shè)計思想，進一步提高提出問題、分析問題、解決問題的能力。此外，十分有利于我們的實踐能力的提高。所以我們要把握這個機會，認(rèn)真對待，用心把這次設(shè)計做好。所以，這就要求我們要在這個過程中要做到以下幾點來嚴(yán)格要求自已：充分發(fā)揮深入學(xué)習(xí)主體作用；能把老師傳授知識和發(fā)揮智能與自身素質(zhì)培養(yǎng)統(tǒng)一起來；有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法；能學(xué)會通過獲取信息、再經(jīng)過加工處理、深入進行問題探索來獲取更為廣泛的知識。參考文獻柳洪義，宋偉剛；編；機器人技術(shù)基礎(chǔ)；冶金工業(yè)出版社；2002陸祥生，楊秀蓮；主編；機械手理論及應(yīng)用；中國鐵道出版社；1985張福學(xué)，主編；機器人技術(shù)及其應(yīng)用；電子工業(yè)出版社；1999孔秀艷，作者；一種四軸搬運機械手的PLC控制；大眾科技；2021天津大學(xué)工業(yè)機械手編寫組編寫；工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)；天津科學(xué)技術(shù)出版社1980.8牟喜東，作者；高速搬運機械手與自動化制造；國內(nèi)外機電一體化技術(shù)；2007羅庚合，蔡霞，作者；搬運機械手的PLC控制；西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報.2002殷際英，何廣平；編著；關(guān)節(jié)型機器人；化學(xué)工業(yè)出版社；2003.8林國重，盛東初，主編；液壓傳動與控制；北京工業(yè)學(xué)院出版社；1987.4孫迪生，王炎，編著；機器人控制技術(shù)；機械工業(yè)出版社1997.4吳振彪，工業(yè)機器人【M】；華中科大出版社；1997李仁，主編；電器控制；機械工業(yè)出版社；2006.2廖常初，主編；可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用；重慶大學(xué)出版社2006.2姜繼海，寧錦春,高常識，主編；液壓與氣壓傳動；高等教育出版社；2003.4杜祥瑛，編著；工業(yè)機器人及其應(yīng)用；機械工業(yè)出版式社；1986.10叢風(fēng)延，遲建山，主編；組全機床設(shè)計；上?？萍汲霭嫔?；1994.10[17]李桂莉，作者；搬運機械手的運動學(xué)分析；煤礦機械；2007[18]哈爾濱工業(yè)大學(xué)，主編；機械工程手冊；機械工業(yè)出版社；1979.2２．開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施開題報告一、課題的目的與意義課題的目的：此次畢業(yè)設(shè)計的課題《曲軸搬運搬運機械手》主要是進行曲軸六拐和機械手的設(shè)計。在機械制造業(yè)中，如機械加工、焊接、鑄造等作業(yè)，機械化、自動化發(fā)展都較快。但這些專業(yè)的裝卸、吊裝和運輸?shù)臋C械化、自動化問題，則遠遠落后在各專業(yè)本身機械化、自動化的后面。而機械手不僅為這些專業(yè)的本身進一步自動化，更為這些專業(yè)的工件裝卸自動化提供了一種新型的工業(yè)裝備。采用機械手后就可以自由地按預(yù)定的作業(yè)程序進行操作。機械手的目的是為了能部分地替代人的手進行操作。進行本課題的研究可以減輕工人的勞動強度，減少自動線上的工人數(shù)目，同時也提高了生產(chǎn)效率?？梢哉f這是當(dāng)今工業(yè)機械手領(lǐng)域的一個重要研究方向。在現(xiàn)如今高度發(fā)展的工業(yè)社會里，生產(chǎn)講究高效率、自動化，而自工業(yè)機械手、工業(yè)機器人誕生以來，已有數(shù)千、萬臺應(yīng)用于各領(lǐng)域的搬運作業(yè)。事實上，在生產(chǎn)領(lǐng)域真正用來加工的時間一般不大于整個生產(chǎn)時間的10％。由此可見自動化的迫切性和重要性。搬運機械手作為一種高效、簡便的搬運設(shè)備，經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，其機電一體化程度日益提高，工業(yè)應(yīng)用技術(shù)日臻完善，并已成為現(xiàn)代制造業(yè)中的一個重要組成部分。此次設(shè)計包括機械原理、液壓、電氣傳動及單片機、PLC、可編程控制系統(tǒng)等方面的知識。它將在大學(xué)四年里所學(xué)的專業(yè)知識進行一次綜合性的應(yīng)用，是對大學(xué)的一次很好的總結(jié)。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。三、實施步驟1、課題的主要內(nèi)容和要求1）任務(wù)要求（1）總體方案設(shè)計（2）主要技術(shù)參數(shù)確定（3）曲軸六拐設(shè)計（4）搬運上線機械手設(shè)計（5）液壓系統(tǒng)設(shè)計（6）UG作圖（7）設(shè)計說明書2）設(shè)計要求（1）圖紙折合零號圖紙不少于3.0張（2）說明書論文不少于1.5萬字（3）液壓控制（4）獨立完成2、課題研究步驟1）熟悉設(shè)計的課題，查閱相關(guān)的文獻資料，編寫開題報告；2）畢業(yè)實習(xí)、進行有關(guān)課題問題的調(diào)研；3）擬定設(shè)計的總體方案并進行分析、討論；4）擇優(yōu)選定一套最佳方案；5）設(shè)計、確定各項技術(shù)參數(shù)；6）繪制機構(gòu)簡圖；7）設(shè)計控制系統(tǒng)；8）UG作圖；9）完成設(shè)計說明書；3、課題方案據(jù)曲軸搬運上線機械手須具備的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、控制裝置，經(jīng)仿真分析并考慮其多方面問題，擬定設(shè)計方案如下：執(zhí)行機構(gòu)機械手的工作分為裝載和卸載兩種。機械手的精度設(shè)計要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高、重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力。我們設(shè)計的搬運機械手是一個關(guān)節(jié)型式的4自由度機械手。機構(gòu)由機身、手臂、手腕和末端操作器組成。其中，機身只有一個回轉(zhuǎn)自由度，手臂有俯仰、伸縮兩個自由度，手腕只有一個旋轉(zhuǎn)自由度。機身的回轉(zhuǎn)自由度由齒輪齒條液壓缸來驅(qū)動，手臂的俯仰自由度由步進電機來驅(qū)動，而手臂的伸縮自由度則由一單桿活塞缸來驅(qū)動，手腕的旋轉(zhuǎn)自由度由一個旋轉(zhuǎn)液壓缸來實現(xiàn)。驅(qū)動裝置機械手的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓方式，它具有在同等輸出功率下傳動裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點，機械手的旋轉(zhuǎn)，俯仰、伸縮及夾緊和松開等動作可用液壓和步進電機來驅(qū)動。3）控制裝置由于搬運機械手取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在機械手控制中，除對手臂伸縮、手爪等控制外，還要涉及到對手臂俯仰以及機身回轉(zhuǎn)的伺服控制。其中，機械手手臂俯仰的伺服控制采用比例伺服控制系統(tǒng)。其他都采用PLC控制?？紤]到機械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，對本課題中的混合驅(qū)動機械手應(yīng)采用PLC作為核心控制器，各控制對象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作。從而最終實現(xiàn)PLC對步進電機、液壓系統(tǒng)的伺服定位控制，不但提高了控制的靈活性和可靠性，又便于控制程序的編寫。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告指導(dǎo)教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：指導(dǎo)教師：年月日所在專業(yè)審查意見：負責(zé)人：年月日摘要本文將設(shè)計一臺五自由度的曲軸搬運上線機械手，目的是為了提高曲軸加工過程中的勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)機械加工的自動化。根據(jù)機械手的工作要求和結(jié)構(gòu)特點，進行了機械手的總體設(shè)計，確定了機械手的外形尺寸和工作空間，擬定了機械手各關(guān)節(jié)的總體傳動方案，采用可編程控制器(PLC)對其液壓驅(qū)動裝置進行順序控制,實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化。該設(shè)計提高了加工的自動化程度，全部機械設(shè)計采用了等強度、可靠性設(shè)計方法，初步達到了高效低成本生產(chǎn)加工的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：機械手；曲軸；順序控制

ABSTRACTInthispaper,thedesignofacrankshaftofthefivedegreesoffreedommanipulatorhandlingon-lineinordertoimprovetheprocessofthecrankshaftlaborproductivity,toachievetheautomationofmachining.Accordingtotheworkmanipulatorandstructuralcharacteristicsoftherequirementsforthedesignofthemechanicalhand,determinethesizeoftherobotandworkspace,thedevelopmentofamanipulatoroftheoveralltransmissionofthejointprogram,theuseofprogrammablelogiccontroller(PLC)ofitshydraulic-drivensequentialcontroldevicestoachieveautomationofthesystem.Thedesignincreasedthedegreeofautomationforprocessingallthemechanicaldesign,suchasintensityofuse,reliabilitydesignmethod,theinitialreachofahighlyefficientproductionandprocessingoflow-costobjectives.

Keywords:Manipulator;Crankshaft;sequencecontrol目錄摘要………………ⅠAbstract……………Ⅱ第1章引言…………11.1工業(yè)機械手的發(fā)展史…………………11.2工業(yè)機械手的用途………………21.3工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢………………31.4機械手的組成…………41.5應(yīng)有機械手的意義……………………6第2章總體設(shè)計方案及系統(tǒng)組成…………………72.1液壓機械手的組成及各部分關(guān)系概述………………72.2液壓力機械手的設(shè)計分析……………7設(shè)計要求…………7總體設(shè)計任務(wù)分析……………8總體方案擬定……………………8自動搬運機械手的設(shè)計方案論證………………9第3章機身設(shè)計……………………123.1機身設(shè)計要點…………123.2驅(qū)動力計算……………12第4章手臂設(shè)計…………………144.1手臂設(shè)計要點…………14應(yīng)使手臂剛度大、重量輕………14應(yīng)使手臂運動速度、慣性小…………………15手臂動作應(yīng)靈活………………16應(yīng)使手臂傳動準(zhǔn)確、導(dǎo)向性好…………………16位置精度要求高………………164.2手臂機構(gòu)的選擇與設(shè)計………………17手臂直線運動機構(gòu)……………17.1直線運動機構(gòu)…………17.2導(dǎo)向裝置………………17.3手臂驅(qū)動力計算…