机械手优质毕业设计开题报告.doc

理工学院毕业设计(论文)开题汇报题 目： 铣床自动上下料点位控制机械手设计 学生姓名： 韩抟彬 学 号： 10L0551370 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导老师： 陈继荣 3月31日毕业设计开题汇报摘要；在当今大规模制造业中，企业为提升生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上关键组员，逐步被企业所认同并采取。工业机器人技术水平和应用程度在一定程度上反应了一个国家工业自动化水平，现在，工业机器人关键负担着焊接、喷涂、搬运和堆垛等反复性而且劳动强度极大工作，工作方法通常采取示教再现方法。PLC是以现代微处理器技术为关键控制器，作为一个通用工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC因为采取现代大规模集成电路技术，采取严格生产工艺制造，内部电路采取了优异抗干扰技术，含有很高可靠性，另外，PLC带有硬件故障自我检测功效，出现故障时可立即发出警报信息；PLC采取光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC影响，另外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业发展含有很关键意义。1课题研究目标和意义1.1本课题意义机械手又名工业机器人，是近代自动控制领域中出现一项新技术，并已成为现代科技一个关键组成部分。在机械行业中，机械手越来越广泛得到应用，它可用于零部件组装，加工工件搬运、装卸，尤其是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。现在，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个关键组成部分。把机床设备和机械手共同组成一个柔性加工系统或柔性制造单元，能够节省庞大工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。机械手主动作用正日益为大家所认识，其一，它能部分地替换人劳动并能达成生产工艺要求，遵照一定程序、时间和位置来完成工件传送。所以，它能大大地改善工人劳动条件，加紧实现工业生产机械化和自动化步伐。所以，受到各优异单位重视并投入了大量人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声场所，应用得更为广泛。在中国，近代几年来也有较快发展，并取得一定结果，受到各工业部门重视。可编程控制器(PLC)是一个专门为工业应用而设计进行数字运算操作电子控制装置。因为其含有可靠性高，功效强，编程简单，人机交互界面友好等特征而广泛用于工业控制系统。再者机械手是机电一体化一个较为经典设计，能较大程度调用之前学过基础及专业基础课程知识，对于我个人来说也是检验自己四年来对所学理论知识掌握程度，对我个人来说也是意义重大一次实践。1.2机械手发展情形和动态从中国外全部机械手发展现实状况来看，在现阶段，对机械手研究和开发已趋于高潮，机械手发展现实状况和动态，能够总结为：第一，模块化和可重构化是现阶段机械架构发展关键动向；其二，PC 机开放型控制器是机械手体系发展一个关键方向，其目标就是为了完善机械手，使其逐步走向网络化和标准化；器件集成度得以强化，架构设计玲珑，同时利用过了模块化架构；在很大程度上强化了机械手体系安全性和可靠性，同时也满足机械手在维修和防护方面部分便捷性；第三，传感器在机械手中发挥了十分关键作用，不仅利用了传统速度传感器、位置传感器等，同时也引进了优异视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，促进机械手逐步向智能化方向发展和推进；第四，装配、焊接等机械产品逐步向模块化、标准化及系列化方向推进和发展，及系统动态仿真等。1.3 PLC特点（1）可靠性高、抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备很关键性能。PLC因为采取大规模集成电路技术、严格生产工艺，内部电路采取了输入输出信号光电隔离、滤波、电源屏蔽、稳压和保护、故障诊疗等优异抗干扰技术，含有很高可靠性，它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温暖改变猛烈环境下正常工作。PLC平均无故障时间可高达510万小时以上。从PLC机外电路来说，PLC组成控制系统，和相同规模继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已降低到数百甚至数千分之一，故障率也就大大降低。（2）功效完善、应用领域广到现在为止PLC已经形成多种规模、系列化产品。能够用于多种规模工业控制场所，并能完成决大多数工业控制任务。PLC所含有完善数据运算能力，可用于多种数字控制领域。多年来PLC功效单元大量涌现，PLC通讯能力增强及人机界面技术发展，使用PLC组成多种控制系统变很轻易。（3）编程简单、易学易用PLC采取和继电器电路图靠近梯形图语言，只用少许开关量逻辑控制指令就能够方便地实现继电器电路功效。在工业现场，能够使用手持编程器或笔记本对PLC进行编程。当PLC联网后，能够在网络任一位置对PLC编程。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言人使用计算机从事工业控制提供了方便。（4）系统安装简单、体积小、价格低PLC在存放逻辑替换接线逻辑、采取模块化结构，大大地降低了控制设备外部接线，使控制系统设计及建设周期大大缩短了。现代集成电路技术广泛应用，功耗仅数瓦。因为PLC体积小很轻易装入机械内部，是实现机电一体化理想控制设备。使得PLC重量越来越轻、功耗也越来越少。在集成电路技术和生产厂家越来越多情况下，PLC价格也越来越低。1.4课题要求本课题是为我校机电试验中心柔性制造系统设计一个铣床自动上下料点位控制机械手。设备由机械手及其控制系统组成。用于实现生产线上铣床工位自动上下料点位控制。学生也科依据自己个人想法，在指导老师指导下融入部分新想法，大胆创新，充足调动自己学习爱好。2课题研究方案和关键内容2.1总体方案选定方案1：XY导轨式机械手机械手两节手臂均采取伸缩工作方法，其大臂能够绕底座旋转，两节手臂能够采取气缸或液压缸驱动。方案2：关节回转式机械手机械手两节手臂军能够绕节点旋转，大臂还能够绕节点旋转，其底座也能够周向旋转， 其手指工作角度不在拘泥于水平方向，灵活性相对较高。综合比较：XY导轨式机械手设计过程简单，操作简单，维护方便，加工成本要低很多，但其通用性差，设备粗笨，导轨占用空间大，移动困难，功效简单，很多时候并不能满足加工现场要求。第二种方案关节回转式机械手即使设计过程复杂，操作需要一定控制学基础，加工成本要高出很多，但其通用性强，只要更换不一样机械手指就能够满足不一样要求，另外其工作范围大，能更大程度满足生产车间复杂空间情况，能够独立于机床，方便移动，甚至能够加装导轨在机床和仓库间移动。综合考虑，决定选择第二种方案。采取回转式底座，两节机械臂，分别能够在同一平面内绕关节旋转，两个关节均采取步进电机驱动。2.2躯干选型躯干由底盘和手臂两大部分组成。底盘是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转机构。底盘采取一个直流电动机驱动，底盘旋转时带动一个旋转码盘旋转，机械手每旋转3度发出一个脉冲，由传感器检测并送入可编程控制器，从而计算底盘旋转角度。同时，在底盘上装有限位磁头，最大旋转角度可达270度。手臂是机械手关键部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动机构。本设计中手臂两节机械手臂组成。两节手臂采取步进电动机作驱动源，直接驱动手臂旋转。由可编程控制器发出脉冲信号，经步进电动机驱动器驱动步进电动机旋转，完成手臂运动。改变发出脉冲个数，可控制手臂两个手臂旋转角度。同时在两轴两端分别加限位开关限位。其大臂可绕底座旋转120度，小臂可绕大臂旋转160度。2.3夹紧机构选择机械手手爪是用来抓取工件部件，手爪抓取工件是要满足快速、灵活、正确和可靠要求。设计制造夹紧机构手爪时，首先要从机械手坐标形式、运行速度和加速度情况来考虑。其加紧力大小则依据夹持物体重量、惯性和冲击力大小来计算。同时考虑有足够开口尺寸，以适应被抓物体尺寸改变，为扩大机械手应用范围，还需备有多个抓取机构，以依据需要来更换手爪。为预防损坏被夹物体，夹紧力应限制一定范围内，并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。为预防忽然停电被抓物体落下，还能够有自锁结构。夹紧机构本身则应结构简单、体积小、重量轻、动作灵活和动作可靠。夹紧机构形式多样，有机械式、吸盘式和电磁式等。有夹紧机构还带有传感装置和携带工具进行操作装置。机械式夹紧机构是最基础一个，应用广泛，种类繁多，本设计采取机械式夹紧机构，采取三指式气动手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪张闭，达成夹取工件目标。2.4机械手腕部结构选择图所表示采取吊顶风扇回转式机械结构，底部跟机械小臂相连，由步进电机驱动手腕摆动，采取这种特殊结构不仅能够扩大机械手工作范围，还增加了其灵活性，以满足生产车间复杂工作要求，对其摆动控制也较为简单，在应用中对其机构合适调整，丰富其功效，提升机构可靠性。2.5PLC选择西门子PLC， 含有多个不一样通信接口，并经过多个通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统，可经过编程软件Step 7用户界面提供通信组态功效，这使得组态很轻易、简单。综合考虑，本课题选择西门子S7-200作为控制PLC。使用STEP 7 MicroWIN作为其编程软件。3.实施计划充足查阅相关资料，对方案中大致结构细化拆分，构思选择合理局部机械结构，练习CAXA实体设计制图软件，达成能够熟练利用CAXA制作三维图目标。做出机械手三维草图，边设计边修改，有不合理地方立即纠正。完成以后就要进行零件设计、电机选型，和其它附带部件选择，机械结构校核计算也在这一步进行。绘制部件装配图及装配总图，以后就要进行PLC编程了，并不停修改完善程序，做出其电气控制图。整理出设计说明书。整个设计过程要定时和指导老师沟通交流，接收老师批评和提议。努力争取经过这次毕业设计使自己大学四年理论学习能够熟练利用到实际中，掌握一个学习方法，熟悉工业设计过程，实现由校园到企业平缓过渡。参考文件1贺东坤，田明 气动通用上下料机械手结构设计A 长春大学学报1009-3907（）10-1171-032徐丽春 自动上下料通用机械手系统设计和研究B 液压和气动1000-4858( ) 08-0083-043孔祥志，刘春时 一个数控车床摆臂式机械手设计A机械设计和制造1001-3997（）06-0169-024白平，薛佟 数控机床上下料机械手设计步骤 A 科技传输1674-6708（）68-0071-02 .6 5宋娟 上下料机械手PLC 控制系统设计 A装备制造技术1672-545X()10-0054-02 6范世亮 三自由度上下料机械手PLC 控制分析 A 机械工程师10022333（）020060027周虹 气动和PLC 技术相结合在机械手设计中应用 B 液压和气动10004858( )8张海英，刘胜明 基于PLC 自动上下料机械手设计 B 装备制造技术1672-545X（）09-0070-029罗湛 基于PLC 卸料机械手设计 B 液压和气动1000-4858( ) 05-0001-0310张海英，陈子珍，翟志永 基于PLC 物料搬运机械手设计 A 机械工程师10022333（）09008302 11齐景荣 通用机械手设计及其控制 B 装备制造技术1672-545X（）07-0024-0212黄贤新 工业机器人机械手设计 A 装备制造技术：1672- 545X（）03- 0220- 0213王学良，张秋菊 基于PLC 机械手自动上下料控制系统设计 B 中国制造业信息化1672 1616()15 0059 0414杨永清,张嘉易,尚文利 汽车零件精段自动生产线机械手设计 B 制造业自动化1009-0134()06-0096-0315胡旭兰 生产线组合机床自动上下料机械手 B 机械制造10004998（）07003203 16尹自荣 熊晓红 骆际焕 王建坤 数控上下料机械手研究及应用 华中理工大学锻压机械 17邢金鹏 自动上下料机械手直臂部分总体设计 学术展台金田总第295期18郭洪红，贺继林等 工业机器人技术M.西安电子科技大学出版社，. 19王孙 关节式机械手本体及控制系统设计M.西安交大机械 电子工程研究所，.20蔡自兴 机器人学发展趋势和发展战略J机器人技术和应用，（4）：11-16.21郭艳萍 基于PLC 工业机械手控制系统J仪表技术和传感器，（9）：31-32.指导老师意见： 韩抟彬同学在此次毕业设计前期工作中，学习努力，认真负责，勇于负担任务，服从老师指导和安排，遵守作息制度和设计室制度。该同学针对所要求设计题目，检索和查阅了二十余篇中、外文件资料，深入了解了铣床自动上下料点位控制机械手概念,了解了系统原理，明确了该系统应用领域、性能特点、背景知识和中国外同行有借鉴性设计思绪，为分析问题、处理问题打下了一定基础。该同学针对自己所研究对象，提出了较为完善设计方案，并从机械、电子和控制等方面做了较为具体叙述，文理通顺，格式规范。总而言之，同意开题。 指导老师： 年 月 日