编码 专业代码 2016-JXSJ 080202-201
本科毕业设计
上下料冲压机械手的设计
学 院 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 提交日期 机械工程学院 机械设计制造及其自动化 4112020623 庄申 周清泉/袁永超 2016年5月4日 诚 信 承 诺 书
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摘 要
上下料冲压机械手是根据实际冲压生产过程中的特点，专门为提高生产效率，解放人力等而研制的一种自动化机械设备。本文在查阅了有关机械手方面的资料之
后，简单介绍了其作用、组成和分类。根据课题要求对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的坐标型式、运动自由度以及机械手的技术参数。根据对机械手手部、腕部、手臂以及机身等结构的设计计算得出数据，并且通过三维软件
solidworks绘制出产品模型，最后对机械手的结构进行完善。同时，绘制了机械手气压系统工作原理图，选取了合适的零部件；利用PLC对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号；根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了的机械手的操作流程图。
关键词：机械手；参数设计；软件模拟；PLC方案控制
ABSTRACT Up-down material characteristics in the process of stamping manipulator is based on the actual production, specially in order to improve the production efficiency, human liberation and so on and developed an automated machinery and equipment. Based on the search after reading information about manipulator, simply introduces the function, composition and classification. Overall design of manipulator in accordance with the requirements of project, to determine the coordinates of the manipulator, degrees of freedom of movement and technical parameters of the manipulator. According to the manipulator hand, wrist, arm, and the fuselage structure design and calculation of the obtained data, and through 3D software solidworks to map the product model, and finally to improve the structure of the manipulator. At the same time, draw the manipulator working principle of the pneumatic system diagram, select the appropriate components. Using PLC to control the manipulator, selected the suitable PLC model; According to the working process of the manipulator made the control scheme of programmable controller, draw the operation flow chart of the manipulator.
Key Words： manipulator;Parameter design;Software simulation ;PLC program control
目 录
1 绪 论 1
1.1 机械手概述 1 1.2 机械手的组成 1
1.3 国内外发展概况 3 1.4 本章小结 4 2 机械手总体设计方案 5
2.1 执行部分的选择 5 2.2 驱动部分的选择 6 2.3 控制方案的确定 6
2.4 机械手的基本形式选择 7 2.5 机械手主要部件及运动 7 2.6 机械手的技术参数 8 2.7 本章小结 8 3 执行机构的设计 9
3.1 手腕部分的设计 9
3.1.1 手腕处轴承的选择 9
3.1.2 手腕驱动伺服电机与减速器的选择 3.1.3 传动同步带的选择与相应带轮的设计3.1.4 手腕部分小结 11 3.2 手臂伸缩部分的设计 12
3.2.1 直线导轨与滑块的选择 12
3.2.2 传动同步带选择与相应带轮的设计 3.2.3 伺服电机的选择与传动带轮的设计 3.2.4 手臂伸缩部分小结 16 3.3 手臂升降部分的设计 17
3.3.1 滚珠丝杠的选择 17 3.3.2 伺服电机的选择 19
3.3.3 光轴与直线轴承的选择 20 3.3.4 手臂升降部分小结 20 3.4 手臂旋转部分的设计 21
3.4.1 转盘轴承的选择 21
10 9 15 15 3.4.2 伺服电机的选择以及减速比的确定 21 3.4.3 手臂旋转部分小结 22
4 气动系统的设计 23
4.1 气压系统的工作原理图 23 4.2 气动系统相关部件的选择 23 5 机械手控制系统设计 24
5.1 机械手的工艺过程 24
5.2 机械手控制系统主要硬件的选择 24 5.3 PLC控制伺服电机范例 25 5.4 机械手操作过程简述 31 5.5 本章小结 32 结 论 33 致 谢 34
参 考 文 献 35
1 绪 论
机械手是一种在现代自动化生产过程中具有抓取和移动工件功能的自动化设备，它是一种在机械化、自动化生产过程中发展起来的新型设备[1]。机械手可以代替员工进行一些危险、枯燥的工作，在缓解工人的劳动强度的同时提高工厂生产效率。随着工业自动化发展，机械手的应用范围越来越广，不仅可以进行工件的装卸、搬运，甚至可以装配一些复杂机械的零部件。机械手适应于中、小批量生产，可以省去庞大的工件输送设备，结构紧凑，并且在工厂中的适应性很强[2]。目前我国的工业机器人技术与其工程应用的水平和国外相比还有一定的差距，应用规模较小，产业化水平较低，因为机械手的研究和开发能力直接影响到我国工业自动化的生产水平，所以，从技术和经济等方面考虑，研究应用工业机械手都是十分必要的。
1.1 机械手概述
机械手是一种按照指定的控制程序，实现自动抓放、搬运工件或者动作的自动化机械设备。机械手在工业生产中一般被叫做“工业机械手”或“工业机器人”。在工业生产中应用机械手不但可以提高员工的劳动生产率，而且可以减少员工的劳动出错率。从而达到保质保量，减少工作时间减少工作压力，实现安全生产的目的。特别在恶劣的生产环境（如高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体
和放射性等）中，使用机械手可以完成一些人类难以适应的工作，并且具有更为深远的意义。
最初的机械手主要是用对来辅助某一台或者一类机床，用来完成相应的上下料工作，它的构造相对简单，专用性较强。随着工业自动化技术的发展，出现了可编程序控制的机械手，由于其可以根据程序的变更而改变动作的流程，通用性较强，所以也被称为通用机械手。由于通用机械手可以很快的改变工作程序，适应性比较强，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应用[3]。
机械手集现代各种高新技术（计算机知识、机构原理、控制理论、信息和传感技术、仿生学、人工智能等）于一身，加以其较高的适应行和通用性，被广泛的研究和制造，形成了一个信息水平高、市场活跃、应用广泛的领域。机械手的创新应用程度，标志着一个国家工业自动化水平。 1.2 机械手的组成
（一）机械手的组成 位置检测装置
机械手主要是由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成的。每个系统之间的相互关系如方框图1.1所示。
1) 执行机构
执行机构主要是由手部 、腕部、臂部和立柱等部件组成，有的执行机构还有行走机构。
(a) 手部
所谓手部，就是与物件相接触的部分。根据其与物件的不同接触方式，可以分成夹持式手部和吸附式手部两类。
夹持式手部主要是由手指和动力传动机构构成的。手指是指与物件直接接触的部分，常用的手指运动形式有回转型和平移型两种。回转型手指结构简单，制造容易，故应用比较广泛。平移型手指由于其结构比较复杂，故应用较少，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不会影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围较大的工件。
吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如电磁吸盘产生的电磁力或真空吸盘内形成的负压)吸附物件，相应的吸附式手部有电磁式吸盘和真空式吸盘两类。
对于质量较小面积较大的板料类零件，通常采用负压式吸盘来吸取物料。 对于具有导磁性的环类和盘类零件，以及板料等，通常用电磁式吸盘吸取物料。
用负压式吸盘和电磁式吸盘吸取物料时，吸盘的形状、数量、吸附力大小，需要根据其被吸附的物料的形状、尺寸和重量的大小而确定的。
上下料冲压机械手的设计
