【正文】 第一章 緒論 選題背景 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和計(jì)算。重點(diǎn)針對(duì)機(jī)械手的腰座、手臂、手爪等各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。武漢紡織大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘 要 2第一章 緒論 4 選題背景 4 設(shè)計(jì)目的 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) 5 設(shè)計(jì)原則 5第二章 機(jī)械手的概述 6 機(jī)械手的組成 6 機(jī)械手的分類 6 機(jī)械手的基本動(dòng)作 7 機(jī)械手的操作原理 9 機(jī)械手的應(yīng)用 9第三章 機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng) 11 控制系統(tǒng)的選擇 11 液壓控制系統(tǒng)的元件 11 液壓控制系統(tǒng)原理 12 機(jī)械手夾緊液壓系統(tǒng)的控制回路 15 液壓控制的特點(diǎn) 15第四章 機(jī)械手夾緊電氣控制設(shè)計(jì) 16 設(shè)計(jì)內(nèi)容 16 設(shè)計(jì)要求 17 方案的確定 17 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu) 17 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 18 19 元件的選擇 19 繪制原理圖 19 元件作用 21 主要電器元件 22 接觸器 22 熱繼電器 22 時(shí)間繼電器 23 機(jī)械手夾緊電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 24 25 機(jī)械手夾緊電氣控制電路的邏輯表達(dá)式 27 電路圖的描繪 27第五章 PLC控制系統(tǒng) 29 PLC概述 29 PLC簡(jiǎn)介 29 可編程序控制器的工作原理 29 三菱PLC編程語言的特點(diǎn) 30 PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟 31 32 機(jī)械手夾緊PLC控制系統(tǒng)的I/O端點(diǎn)分配和I/O接線圖 32 程序控制的設(shè)計(jì) 33翻譯 40心得 46參考文獻(xiàn) 48致 謝 49畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日摘 要通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，對(duì)工業(yè)機(jī)械手各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，設(shè)計(jì)了一種圓柱坐標(biāo)形式的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手。具體進(jìn)行了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)，腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；赑LC對(duì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入細(xì)致的設(shè)計(jì)，通過對(duì)機(jī)械手作業(yè)的工藝過程和控制要求的分析，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件電路，同時(shí)編制了機(jī)械手的控制程序。關(guān)鍵詞：機(jī)械手； PLC； 液壓伺服定位； 電液系統(tǒng)AbstractIntegrate the knowledge of the past four years’ of undergraduate course of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)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(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。 設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn),針對(duì)具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前，我國(guó)的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下：A．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。B．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)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。D．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； E．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。 設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)之前，必須要有一個(gè)指導(dǎo)原則。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時(shí)提高可靠性。第二章 機(jī)械手的概述 機(jī)械手的組成 1. 手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）：包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。3. 驅(qū)動(dòng)部分：是驅(qū)動(dòng)前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種形式。5. 傳感裝置：其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映受制于物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對(duì)物件的握緊力是否于物件的重量相適應(yīng)等。 機(jī)械手的分類1. 按用途分類（1）專用機(jī)械手專用機(jī)械手是專門為一定設(shè)備服務(wù)的，簡(jiǎn)單、實(shí)用，目前在生產(chǎn)中運(yùn)用得比較廣泛。它的工作程序是固定的，也可根據(jù)需要編制控制程序來獲得多種工作程序，以適應(yīng)多種作業(yè)的需要。它能對(duì)不同物件完成多種動(dòng)作，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯浴?. 按控制形式分類（1）點(diǎn)位控制機(jī)械手點(diǎn)位控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間兩點(diǎn)之間的連接。它基本能滿足各種要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。3. 按驅(qū)動(dòng)方式分類可分為四類：（1） 液壓驅(qū)動(dòng)式；（2） 氣壓驅(qū)動(dòng)式；（3） 電氣驅(qū)動(dòng)式；（4） 機(jī)械驅(qū)動(dòng)式。（2） 小型機(jī)械手，臂力為1～10kg。（4） 大型機(jī)械手，臂力大于30kg。現(xiàn)就每種形式所能完成的動(dòng)作進(jìn)行闡述。它只能進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。2. 圓柱坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手，是應(yīng)用最多的一種形式，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。3. 球坐標(biāo)式 球坐標(biāo)式機(jī)械手，是用途比較廣的一種機(jī)械手。4. 關(guān)節(jié)式關(guān)節(jié)式機(jī)械手，是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)形式。其動(dòng)作如下：(1) 肩旋轉(zhuǎn)；(2) 上臂彎曲擺動(dòng)；(3) 下臂彎曲擺動(dòng)；(4) 下臂旋轉(zhuǎn)；(5) 手腕彎曲擺動(dòng)；(6) 機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)。例如，機(jī)器人的手臂可以通過嵌入重疊而擴(kuò)展，即滑動(dòng)一個(gè)套一個(gè)的圓筒使手臂延長(zhǎng)。抓手,或末端效應(yīng)器,被設(shè)計(jì)仿造人的手的作用和結(jié)構(gòu)。機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)通常是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，大多數(shù)機(jī)器人抓手從一個(gè)地方移到另一地方改變方向。一些多關(guān)節(jié)的手臂由伺服系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)，從計(jì)算機(jī)接收輸入信號(hào)的控制器構(gòu)成。如果手臂的實(shí)際角度不合指定位置的計(jì)算角度，伺服控制器控制關(guān)節(jié)移動(dòng)到手臂角度等于計(jì)算值。任一種機(jī)械手的設(shè)計(jì)在一個(gè)無特定結(jié)構(gòu)或未知的環(huán)境里將要求多個(gè)傳感器和控制器,例如，超音波或紅外傳感器可避免障礙。對(duì)于設(shè)計(jì)像人一樣準(zhǔn)確工作的機(jī)械手，例如幫助殘疾人的機(jī)械手和在醫(yī)院為病人喂食的機(jī)械手，就更是如此。 機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手是一種能按給定的程序或要求，自動(dòng)地完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置，它能部分地代替人的手工勞動(dòng)。機(jī)械手正在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。而且讓機(jī)械手處理高溫、有毒產(chǎn)品等，它比人手更能適應(yīng)工作。機(jī)械手還可以用來裝配電子元件。一旦適當(dāng)?shù)鼐幊蹋瑱C(jī)械手就不會(huì)將芯片放錯(cuò)地方。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍是指機(jī)械手在平面或空間的運(yùn)動(dòng)圖形(軌跡的形狀)及其大小是機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)之一。一般情況下臂部的活動(dòng)度主要是用以基本上確定手部以及工件(或工具)在空間的運(yùn)動(dòng)范圍和位置。第三章 機(jī)械手夾緊自動(dòng)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)是機(jī)械手的一個(gè)重要組成部分，是保證機(jī)械手完成動(dòng)作要求的主要手段。在綜合性裝配作業(yè)中，機(jī)械手不僅需要具備各項(xiàng)裝置的性能，還應(yīng)具有相當(dāng)?shù)淖R(shí)別能力，如視覺、聽覺和觸覺的能力等。對(duì)于復(fù)雜的作業(yè)則需要裝配計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制?？刂苿?dòng)作比較簡(jiǎn)單的可采用射流控制和機(jī)械控制；控制動(dòng)作較多、較復(fù)雜的可采用數(shù)字控制；多臺(tái)機(jī)械手同時(shí)操作時(shí)，則可采用小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 液壓控制系統(tǒng)的元件 液壓控制是機(jī)械手的一種主要的控制形式，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和操作是根據(jù)油的流量與壓力來確定的。它與手爪夾緊時(shí)所需的壓力、油缸的機(jī)械效率、機(jī)械手運(yùn)行速度都有關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。但隨著壓力增高，對(duì)液壓元件精度及密封要求也高。油泵的種類較多，目前在機(jī)械手上多數(shù)是采用齒輪泵和葉片泵。機(jī)械手常用的齒輪泵CB型，一般額定工作壓力為25kg/，葉片泵（YB）型一般為63kg/。3. 控制閥液壓元件主要有方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥3大類。它通常是兩通、三通和四通型的，可以采用手動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)進(jìn)行操作。溢流閥是常閉的，達(dá)到最大壓力時(shí)才開啟，將多余流量從旁路流掉，以保持調(diào)定的壓力；減壓閥是常開的，它的關(guān)閉是為了對(duì)管道中液流進(jìn)行節(jié)制，以保持某一最低壓力。(3) 流量控制閥流量控制閥用來調(diào)節(jié)油路中流量，其結(jié)構(gòu)形式也很多。分流閥、減速閥也是流量控制的一種特殊形式。但怎樣進(jìn)行反饋測(cè)量以及信號(hào)放大、信號(hào)操縱，則有賴于電子元件。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效面積有關(guān)。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都是屬于容積式液壓傳動(dòng)。 圖33b 機(jī)械手夾緊液壓原理圖1油箱 2濾油器 3油泵 4溢流閥 5單向閥 8換向閥 9壓力表開關(guān) 10壓力表 11直線缸 12活塞桿（手臂） 13手指 14手指動(dòng)作直線缸 20回油油圖33b中換向閥8是處于中間位置的，這時(shí)手臂是不動(dòng)的。壓力油通過單向閥5進(jìn)入工作油路19后，又分成幾條油路分別進(jìn)行工作。油缸11右腔的油經(jīng)換向閥8右邊的環(huán)槽和回油路20流回油箱。另一路壓力油經(jīng)換向閥7，工作油路19中的壓力油進(jìn)到握緊油缸14的左腔，推動(dòng)活塞桿21向右移動(dòng)，借助其端面的楔形使手指13閉合，以握緊物件。從油泵3打出來的壓力油，除了通向單向閥5以外，還有一條分路通向溢流閥4。當(dāng)油液的壓力增高到一定程度時(shí)，并能克服彈簧的作用力將鋼球頂開時(shí)，壓力油就通過溢流閥及管路而流回油箱，使工作油液的壓力再不能繼續(xù)升高。這些基本控制回路具有各種功用，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 液壓控制的特點(diǎn)1. 液壓控制的優(yōu)點(diǎn) （1）液壓執(zhí)行元件（馬達(dá)和油缸）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率重量