多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書.doc

無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1目錄第一章引言1.1機(jī)械手概述.11.2氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求21.3機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成.2第二章機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度62.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)72.3機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)72.4機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)72.5機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)72.6機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)82.7機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)8第三章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)103.1.1手指的形狀和分類3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)第四章手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1手腕的自由度144.2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算144.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算4.2.3回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算校核第五章手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核5.1手臂伸縮部分尺寸設(shè)計(jì)與校核205.1.1尺寸設(shè)計(jì)5.1.2尺寸校核5.1.3導(dǎo)向裝置5.1.4平衡裝置5.2手臂升降部分尺寸設(shè)計(jì)與校核215.2.1尺寸設(shè)計(jì)5.2.2尺寸校核5.3手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計(jì)與校核235.3.1尺寸設(shè)計(jì)5.3.2尺寸校核第六章氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖及元器件的選擇25無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2第七章機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1可編程序控制器的選擇及工作過程267.1.1可編程序控制器的選擇7.1.2可編程序控制器的工作過程7.2可編程序控制器的使用步驟277.3機(jī)械手可編程序控制器控制方案287.3.1控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求7.3.2氣動(dòng)機(jī)械手的工作流程7.3.3I/0分配7.3.4梯形圖設(shè)計(jì)第八章結(jié)論36致謝37參考文獻(xiàn)38摘要本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械手硬件和軟件的組成，即PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理，機(jī)械手各個(gè)部件的整體尺寸設(shè)計(jì)，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)。本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手氣動(dòng)可編程序控制器（PLC）StructuralDesignofMulti-purposePneumaticRobotAbstractAtfirst,thepaperintroducestheconceptionoftheindustrialrobotandtheEller.Dairyinformationofthedevelopmentbriefly.Whatsmore,thepaperaccountsforthebackgroundandtheprimarymissionofthetopic.Thepaperintroducesthefunction,composingandclassificationofthemanipulator,tellsoutthefree-degreeandtheformofcoordinate.Atthesametime,thepapergivesouttheprimaryspecificationparameterofthismanipulator,Thepaperdesignsthestructureofthehandandtheequipmentofthedriveofthemanipulator.Thispaperdesignsthestructureofthewrist,無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3computestheneededmomentofthedrivewhenthewristwheelsandthemomentofthedriveofthepump.Thepaperdesignsthestructureofthearm.Thepaperdesignsthesystemofairpressuredriveanddrawstheworkprinciplechart,themanipulatorusesPLCtocontrol.ThepaperinstitutestwocontrolschemesofPLCaccordingtotheworkflowofthemanipulator.Thepaperdrawsouttheworktimesequencechartandthetrapeziumchart.Whatsmore,thepaperworkoutthecontrolprogramofthePLC,KEYWORDS:industrialrobotmanipulatorpumpairpressuredrivePLC第一章引言1.1工業(yè)機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題.(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。(4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。(6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。1.2氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求1.2.2課題的設(shè)計(jì)要求本課題將要完成的主要任務(wù)如下:(1)機(jī)械手為通用機(jī)械手，因此相對(duì)于專用機(jī)械手來(lái)說，它的適用