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畢業(yè)設計（論 文）
關節(jié)式自動上下料機械手設計
（PLC控制）
學生姓名：
郭 嘉 文
學 號：
0515011202
所在系部：
機械工程系
專業(yè)班級：
05機制（二）班
指導教師：
王海濤（副教授）
日 期：
二○○九年六月
摘 要
通過對機械設計制造及其自動化專業(yè)大學本科四年的所學知識進行整合，對工業(yè)機械手各部分機械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，設計了一種圓柱坐標形式的自動上下料機械手。重點針對機械手的立柱、手臂、手爪等各部分機械結(jié)構(gòu)以及機械手控制系統(tǒng)進行了詳細的設計。具體進行了機械手的總體設計，立柱結(jié)構(gòu)的設計，機械手手臂結(jié)構(gòu)的設計，機械手腕部的結(jié)構(gòu)設計，末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設計，機械手的機械傳動機構(gòu)的設計，機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計。同時對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了理論分析和計算?；赑LC對機械手的控制系統(tǒng)進行了深入細致的設計，通過對機械手作業(yè)的工藝過程和控制要求的分析，設計了控制系統(tǒng)的硬件電路，同時編制了機械手的控制程序。設計達到了設計的預期目標。
關鍵詞：機械手 PLC 液壓伺服定位 電液系統(tǒng)
Abstract
Integrate the knowledge of the past four years’ of undergraduate course of Machine, discuss and analysis the each part and function of manipulator; design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for CNC machine tools. In particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including Total design, waist’s construction design, the arm’s construction design, the wrist’s construction design, the end effector’s construction design, and the drive system of manipulator. At the same time, analysis and compute the hydraulic pressure system and control system. Deeply design the manipulator’s control system, which based on PLC. After analysis about the craft process and the requests of the manipulator, the hardware circuit and the control program of the manipulator then is designed. In a word, the design of the manipulator has come to the anticipant object.
Keyways: Manipulator PLC Hydraulic servo control Electrohydraulic system
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract................................... Ⅱ
1 緒 論 1
1.1 選題背景............................................................1
1.2 設計題目............................................................2
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢................................................2
1.4 設計原則............................................................3
2 機械手設計方案的論證.....................................................4
2.1 機械手的總體設計...................................................4
2.1.1 機械手總體結(jié)構(gòu)類型................................................5
2.1.2 具體設計采用方案..................................................5
2.2 機械手腰座結(jié)構(gòu)的設計...............................................6 2.2.1 機械手腰座結(jié)構(gòu)的設計要求.........................................6
2.2.2 設計具體采用方案.................................................7
2.3 機械手手臂的結(jié)構(gòu)設計...............................................7
2.3.1 機械手手臂的設計要求..............................................7
2.3.2 設計具體采用方案..................................................8
2.4 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設計................................................9
2.4.1 機器人手腕結(jié)構(gòu)的設計要求..........................................9
2.4.2 設計具體采用方案.................................................10
2.5 機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設計.................................11
2.5.1 機械手末端執(zhí)行器的設計要求.......................................11
2.5.2 機器人夾持器的運動和驅(qū)動方式.....................................12
2.5.3 機器人夾持器的典型結(jié)構(gòu)...........................................13
2.5.4 設計具體采用方案.................................................13
2.6 機械手的機械傳動機構(gòu)的設計.........................................14
2.6.1 工業(yè)機器人傳動機構(gòu)設計...........................................14
2.6.2 工業(yè)機器人常用的傳動機構(gòu)形式.....................................15
2.6.3 設計具體采用方案.................................................19
2.7 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計..............................................19
2.7.1 機器人各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點.........................................19
2.7.2 工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則.....................................20
2.7.3 機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)...............................................21
2.7.4 機器人氣動驅(qū)動系統(tǒng)...............................................22
2.7.5 機器人電動驅(qū)動系統(tǒng)..............................................24
2.7.6 設計具體采用方案................................................27
2.8 機器人手臂的平衡機構(gòu)設計..........................................28
2.8.1 機器人平衡機構(gòu)的形式............................................28
2.8.2 設計具體采用的方案..............................................28
3設計計算和理論分析........................................................29
3.1 液壓傳動系統(tǒng)設計計算...............................................29
3.1.1 確定液壓系統(tǒng)基本方案.............................................29
3.1.2 擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路.....................................30
3.1.3 液壓源系統(tǒng)的設計.................................................30
3.1.4 繪制液壓系統(tǒng)圖...................................................32
3.1.5 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)...........................................33
3.1.6 計算和選擇液壓元件...............................................38
3.1.7 液壓性能演算....................................................40
3.2 電機選型有關參數(shù)計算..............................................40
3.2.1 有關參數(shù)的計算...................................................40
3.2.2 電機型號的選擇...................................................43
4 機械手控制系統(tǒng)硬件設計 45
4.1機械手控制系統(tǒng)硬件設計..............................................45
4.1.1機械手工藝過程與控制要求..........................................45
4.1.2機械手的作業(yè)流程..................................................45
4.1.3機械手操作面板布置................................................46
4.1.4控制器的選型......................................................47
4.1.5控制系統(tǒng)原理分析..................................................48
4.1.6 I/O地址分配......................................................50
4.2機械手控制系統(tǒng)軟件設計..............................................50
4.2.1機械手控制主程序流程圖............................................50
4.2.2機械手控制程序設計................................................51
4.2.3機械手PLC程序語..................................................53
5 技術經(jīng)濟性分析..........................................................57
結(jié)論.......................................................................58
致謝.......................................................................59
參考文獻 60
附錄1......................................................................62
附錄2......................................................................72