机械手毕业设计方案开题报告完整版.doc

理工学院毕业设计(论文)开题报告题 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 指引教师： 陈继荣 3月31日毕业设计开题报告摘要；在当今大规模制造业中，公司为提高生产效率，保障产品质量，普遍注重生产过程自动化限度，工业机器人作为自动化生产线上重要成员，逐渐被公司所认同并采用。工业机器人技术水平和应用限度在一定限度上反映了一种国家工业自动化水平，当前，工业机器人重要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大工作，工作方式普通采用示教再现方式。PLC是以当代微解决器技术为核心控制器，作为一种通用工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用当代大规模集成电路技术，采用严格生产工艺制造，内部电路采用了先进抗干扰技术，具备很高可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，浮现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对当代工业发展具备很重要意义。1课题研究目和意义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浮现一项新技术，并已成为当代科技一种重要构成某些。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，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。当前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一种重要构成某些。把机床设备和机械手共同构成一种柔性加工系统或柔性制造单元，可以节约庞大工件输送装置，构造紧凑，并且适应性很强。机械手积极作用正日益为人们所结识，其一，它能某些地代替人劳动并能达到生产工艺规定，遵循一定程序、时间和位置来完毕工件传送。因而，它能大大地改进工人劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化步伐。因而，受到各先进单位注重并投入了大量人力物力加以研究和应用。特别在高温、高压、粉尘、噪声场合，应用得更为广泛。在国内，近代几年来也有较快发展，并获得一定成果，受到各工业部门注重。可编程控制器(PLC)是一种专门为工业应用而设计进行数字运算操作电子控制装置。由于其具备可靠性高，功能强，编程简朴，人机交互界面和谐等特性而广泛用于工业控制系统。再者机械手是机电一体化一种较为典型设计，能较大限度调用之前学过基本及专业基本课程知识，对于我个人来说也是检查自己四年来对所学理论知识掌握限度，对我个人来说也是意义重大一次实践。1.2机械手发展情形与动态从国内外所有机械手发呈现状来看，在现阶段，对机械手研究和开发已趋于高潮，机械手发呈现状与动态，可以总结为：第一，模块化与可重构化是现阶段机械架构发展重要动向；其二，PC 机开放型控制器是机械手体系发展一种重要方向，其目就是为了完善机械手，使其逐渐走向网络化和原则化；器件集成度得以强化，架构设计玲珑，同步运用过了模块化架构；在很大限度上强化了机械手体系安全性和可靠性，同步也满足机械手在维修和防护方面某些便捷性；第三，传感器在机械手中发挥了十分重要作用，不但运用了老式速度传感器、位置传感器等，同步也引进了先进视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，促使机械手逐渐向智能化方向发展和推动；第四，装配、焊接等机械产品逐渐向模块化、原则化及系列化方向推动和发展，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非常核心性能。PLC由于采用大规模集成电路技术、严格生产工艺，内部电路采用了输入输出信号光电隔离、滤波、电源屏蔽、稳压和保护、故障诊断等先进抗干扰技术，具备很高可靠性，它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温暖变化激烈环境下正常工作。PLC平均无端障时间可高达510万小时以上。从PLC机外电路来说，PLC构成控制系统，和同等规模继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障率也就大大减少。（2）功能完善、应用领域广到当前为止PLC已经形成各种规模、系列化产品。可以用于各种规模工业控制场合，并能完毕决大多数工业控制任务。PLC所具备完善数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC功能单元大量涌现，PLC通讯能力增强及人机界面技术发展，使用PLC构成各种控制系统变非常容易。（3）编程简朴、易学易用PLC采用和继电器电路图接近梯形图语言，只用少量开关量逻辑控制指令就可以以便地实现继电器电路功能。在工业现场，可以使用手持编程器或笔记本对PLC进行编程。当PLC联网后，可以在网络任一位置对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以便。（4）系统安装简朴、体积小、价格低PLC在存储逻辑代替接线逻辑、采用模块化构造，大大地减少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。当代集成电路技术广泛应用，功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化抱负控制设备。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状况下，PLC价格也越来越低。1.4课题规定本课题是为我校机电实验中心柔性制造系统设计一种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构成。用于实现生产线上铣床工位自动上下料点位控制。学生也科依照自己个人想法，在指引教师指引下融入某些新想法，大胆创新，充分调动自己学习兴趣。2课题研究方案和重要内容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用伸缩工作方式，其大臂可以绕底座旋转，两节手臂可以采用气缸或者液压缸驱动。方案2：关节回转式机械手机械手两节手臂军可以绕节点旋转，大臂还可以绕节点旋转，其底座也可以周向旋转， 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朴，操作简朴，维护以便，加工成本要低诸多，但其通用性差，设备笨重，导轨占用空间大，移动困难，功能简朴，诸多时候并不能满足加工现场规定。第二种方案关节回转式机械手虽然设计过程复杂，操作需要一定控制学基本，加工成本要高出诸多，但其通用性强，只要更换不同机械手指就可以满足不同规定，此外其工作范畴大，能更大限度满足生产车间复杂空间状况，可以独立于机床，以便移动，甚至可以加装导轨在机床与仓库间移动。综合考虑，决定选用第二种方案。采用回转式底座，两节机械臂，分别可以在同一平面内绕关节旋转，两个关节均采用步进电机驱动。2.2躯干选型躯干由底盘和手臂两大某些构成。底盘是支撑机械手所有重量并能带动手臂旋转机构。底盘采用一种直流电动机驱动，底盘旋转时带动一种旋转码盘旋转，机械手每旋转3度发出一种脉冲，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。同步，在底盘上装有限位磁头，最大旋转角度可达270度。手臂是机械手重要某些，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构成。两节手臂采用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，完毕手臂运动。变化发出脉冲个数，可控制手臂两个手臂旋转角度。同步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夹紧机构选取机械手手爪是用来抓取工件部件，手爪抓取工件是要满足迅速、灵活、精确和可靠规定。设计制造夹紧机构手爪时，一方面要从机械手坐标形式、运营速度和加速度状况来考虑。其加快力大小则依照夹持物体重量、惯性和冲击力大小来计算。同步考虑有足够开口尺寸，以适应被抓物体尺寸变化，为扩大机械手应用范畴，还需备有各种抓取机构，以依照需要来更换手爪。为防止损坏被夹物体，夹紧力应限制一定范畴内，并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心构造。为防止突然停电被抓物体落下，还可以有自锁构造。夹紧机构自身则应构造简朴、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本一种，应用广泛，种类繁多，本设计采用机械式夹紧机构，采用三指式气动手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪张闭，达到夹取工件目。2.4机械手腕部构造选取如图所示采用吊顶电扇回转式机械构造，底部跟机械小臂相连，由步进电机驱动手腕摆动，采用这种特殊构造不但可以扩大机械手工作范畴，还增长了其灵活性，以满足生产车间复杂工作规定，对其摆动控制也较为简朴，在应用中对其机构恰当调节，丰富其功能，提高机构可靠性。2.5PLC选用西门子PLC， 具备各种不同通信接口，并通过各种通信解决器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统，可通过编程软件Step 7顾客界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简朴。综合考虑，本课题选用西门子S7-200作为控制PLC。使用STEP 7 MicroWIN作为其编程软件。3.实行筹划充分查阅有关资料，对方案中大体构造细化拆分，构思选取合理局部机械构造，练习CAXA实体设计制图软件，达到可以纯熟运用CAXA制作三维图目。做出机械手三维草图，边设计边修改，有不合理地方及时纠正。完毕之后就要进行零件设计、电机选型，以及其她附带部件选用，机械构造校核计算也在这一步进行。绘制部件装配图及装配总图，之后就要进行PLC编程了，并不断修改完善程序，做出其电气控制图。整顿出设计阐明书。整个设计过程要定期与指引教师沟通交流，接受教师批评和建议。力求通过这次毕业设计使自己大学四年理论学习可以纯熟运用到实际中，掌握一种学习办法，熟悉工业设计过程，实现由校园到公司平缓过渡。参照文献1贺东坤，田明 气动通用上下料机械手构造设计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与研究B 液压与气动1000-4858( ) 08-0083-043孔祥志，刘春时 一种数控车床摆臂式机械手设计A机械设计与制造1001-3997（）06-0169-024白平，薛佟 数控机床上下料机械手设计流程 A 科技传播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 气动与PLC 技术相结合在机械手设计中应用 B 液压与气动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 液压与气动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 中华人民共和国制造业信息化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某些总体设计 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机器人技术与应用，（4）：11-16.21郭艳萍 基于PLC 工业机械手控制系统J仪表技术与传感器，（9）：31-32.指引教师意见： 韩抟彬同窗在本次毕业设计前期工作中，学习努力，认真负责，敢于承担任务，服从教师指引和安排，遵守作息制度和设计室制度。该同窗针对所规定设计题目，检索和查阅了二十余篇中、外文献资料，进一步理解了铣床自动上下料点位控制机械手概念,理解了系统原理，明确了该系统应用领域、性能特点、背景知识以及国内外同行有借鉴性设计思路，为分析问题、解决问题打下了一定基本。该同窗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详细阐述，文理通顺，格式规范。综上所述，批准开题。 指引教师： 年 月 日