【正文】 ......... 35 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 1 1 緒 論 前言 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。 chapter second to sixth chapters on the structure of the manipulator design。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì) 并繪制裝配圖 及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 程序 調(diào)試。 本文第一章節(jié)簡述了機(jī)械手的發(fā)展及研究意義；第二章節(jié)至第六章節(jié)對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)；最后兩章節(jié)對機(jī)械手的電氣控制、 PLC 編程及程序 調(diào)試進(jìn)行簡述。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 摘要 Ⅰ 重慶科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于 PLC 控制的輕型 平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 講 師 評閱教師 職稱 副教授 2021 年 6 月 1 日 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 摘要 Ⅰ 摘 要 本課題研究的輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定性高，精度準(zhǔn)確，研究成本低，使用壽命長等特點(diǎn)?？梢詰?yīng)用在不同的場合，大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。 關(guān)鍵詞 ：機(jī)械手 氣壓傳動(dòng) PLC 控制 程序調(diào)試重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ABSTRACT Ⅱ ABSTRACT The research of light parallel manipulator has the advantages of simple structure, high working stability, accuracy, of low cost, long life and other characteristics. Can be used in different occasions, greatly improved the conditions of labour, improve labor productivity, accelerate the realization of industrial production mechanization and automation of the pace. The first chapter introduces the development and significance of research of manipulator。 the last two chapters on the manipulator control, PLC programming and debugging were reviewed in this paper. Through the study of the manipulator39。 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。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科 —— 機(jī)械手工程。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生 產(chǎn)設(shè)備。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(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(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械 化和自動(dòng)化的步伐。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 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”，簡稱通用機(jī)械手。 工業(yè)機(jī)械手簡史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20世紀(jì) 50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 緒論 2 1962 年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（ Unimaton） ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。該機(jī)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(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。 1978美國 Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省 理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于 177。 美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。 毫米。德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。自 1969 年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。 1976 年個(gè)大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用 42%。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元， 是 1978 年的二倍。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6倍。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～ 60%的速度增長。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬機(jī)器人在工作。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺 和視覺機(jī)械手。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 緒論 3 隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展越來越多。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 我國機(jī)械手發(fā)展起步比較晚，但發(fā)展速度快，并且機(jī)械手技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在中國具有一定的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和廣闊的市場前景。本課題以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對象。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。該機(jī)械手主要的工作是搬運(yùn)，它能部分替代人工操作，按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循給定的程序來完成所需物體的傳送，并且可以不斷重復(fù)的運(yùn)動(dòng) ?？梢詰?yīng)用在不同的場合，尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合應(yīng)用的更為廣泛，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。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。 機(jī)器人的發(fā)展也 歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 我國 目前主要單位像中科院沈陽自動(dòng)化所，原機(jī)械部的北京自動(dòng)化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動(dòng)化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機(jī)器人研究，很多研究生和博士生都在從事機(jī)器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機(jī)器人，水下機(jī)器人 （如圖 ） ，空間機(jī)器人，核工業(yè)的機(jī)器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機(jī) 器人方面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删汀? (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)圖 飛機(jī)清洗機(jī)器人 圖 水下機(jī)器人 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 緒論 5 化 ； 器件集成度提 高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) ： 大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試 。 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1）機(jī)械 手爪 重 5kg； 2）自由度 4（即左移 /右移、上升 /下降、夾緊 /放松、左旋 /右旋）； 3）手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 回轉(zhuǎn)范圍 0～ 180176。/s； 4）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮范圍 500mm，最大速度 200mm/s，升降行程 40mm； 5）機(jī)座運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 旋轉(zhuǎn)范圍 0～ 180176。 機(jī) 械手的總體設(shè)計(jì)要進(jìn)行綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作安全可靠，安裝維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好。 據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有 ： 1）本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。本工業(yè)機(jī)械手的控制定位方式是簡易型的定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜。 本工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)形式，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即沿 X 軸的伸縮，沿 Z 軸的升降和 Z 軸的回轉(zhuǎn)。 3）本工業(yè)機(jī)械手是 四 自由度機(jī)械手。 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和計(jì)算 根據(jù)有關(guān)資料顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種，主要以下幾種方式，分析并進(jìn)行比較選擇： （ 1）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手，它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（凸輪、連桿、齒輪、齒條、間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、動(dòng)作頻率高、但結(jié)構(gòu)尺寸較大，動(dòng)作程序不可變。 （ 2） 液壓傳動(dòng)機(jī)械手，它是以油液的壓力來驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但因油的泄露對工件性能影響較大，故它對密封裝置要求嚴(yán)格，且不宜在高溫或低溫下工作。 （ 3）氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)械手，它是利用壓縮空氣的壓力，來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。能在高溫、高速和粉塵大的環(huán)境中工作、但由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，且因氣源壓力低，只宜輕載下工作。因不需中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快，行程長，使用和維護(hù)方便。 綜合上述四種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，且結(jié)構(gòu)簡單，其傳動(dòng)平穩(wěn)和動(dòng)作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 整體機(jī)構(gòu)的確定 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）手部：即與物體直接接觸的部件。夾持式手部由手指 (或 手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 ： 手指有外夾式和內(nèi)撐式 ；指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有 ： 滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 圖 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 圖 電動(dòng)缸機(jī)械手 圖 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手 重慶科技學(xué)院本科