机械手设计实例.docx

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1、广州铁路职业技术学院毕业设计题目基于PLCB机械手系统设计系别专415姓名学号年月曰至年月日共周指导教师签字系主管领导签字年月日摘要机械手是工业机器人系统中老式的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械构造采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件构成；电气方面有直流流电机、步进电机、步进电机驱动器、传感器、等电子器件构成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的经典代表仪器之一。本文简介的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由靠近开关反馈给PLC主机，通过直流电机的正反转

2、来控制机械手手爪和底盘的旋转，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可替代人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的规定随时更改有关参数。关键词:机械手；步进电机；步进电机驱动器；PLCo目录摘1第一章绪论31.1 引31.2 机械手的设计31.2.1 设计目的31.2.2 设计内容4设计根据与可行性4设计环节4其他阐明41.3 机械手的规定与原始数据51.3.1 设计规定5.原始数据5第二章机械手的构成7第三章机械手的软硬件设计83.1 I/O分派表83.2 I/O接线93.3 重要硬件设备名称及型号103.4 重要硬

3、件设备阐明103.5 PLC控制程序12流程图12梯形图13指令表183.6 气动回路图21总结22谢23参照文献24第一章绪论1.1 引言在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们常常受到高温、腐蚀及有毒气体等原因的危害，增长了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，对应的多种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，合用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大减少了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要构成部分，在诸多状况下它就可以称为工业机器人。工业机器

4、人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化妆备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，并且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节省原材料消耗以及减少生产成本，有着十分重要的意义。本设计所用机械部件有滚珠丝杠、滑轨、气控机械抓手等。电气方面有可编程控制器(PLC)、步进电机、步进电机驱动器、直流电机、开关电源、电磁阀、操作台等部件。可编程控制器发出两路脉冲到步进电机驱动器，分别驱动横轴、竖轴的步进电机运转；直流电机拖动底座和手腕的旋转；行程开关、微动开关、将位置信号反馈给主机，由主机发出指令来实现对手臂的伸缩

5、、上下、转动位置的控制；主机发信号到气动电磁阀，以控制手爪的张合来抓放物体。本设计可根据工件的变化及运动流的规定随时更改有关参数，具有很大的灵活性和可操作性。1. 2机械手的设计设计目的(1) .深入加深对所学基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。(2) .系统开发PLC的综合训练,掌握PLC应用系统设计的一般措施和实行。获得从事科研工作的初步训练，培养独立工作、独立思索和综合运用已学知识处理实际问题的能力，尤其重视充足运用网络等途径获取新知识的能力。(3) .培养设计计算、工程绘图、试验措施、数据处理、文献编辑、文字体现、文献查阅、计算机应用等基本工作实践能力以及外文资料翻

6、译与使用能力。(4),树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、善于合作等作风，培养创新意识。设计内容PLC时选型及电动机的选择，编制机械手PLC控制程序，设计机械手模型的电气线路原理图，绘制设计图样，撰写毕业设计阐明书。设计根据与可行性参照已学课程：电工与电子技术、机电传动与控制及可编程控制器应用技术原理与应用等有关知识，综合有关实训课程完毕设计内容，机电实训室提供的PLC实训场地和气动生产线及机电一体化组合试验实训平台可以用于毕业设计程序的调试。设计环节(1) .根据设计规定深入理解系统的基本构成、重要运动形式及工作流程。(2) .进行电动机的种类及驱动方式的选择。(3) .确定输入/

7、输出设备和PLC型号，编制现场设备与PLC输入/输出对照表、所需的PLC机内编程软元件及I/O接线图。(4) .完毕PLC控制程序的编制。(5) .设计系统电气线路。(6) .综合调试(7) .撰写毕业设计阐明书，列出详细的材料清单其他阐明设计方案确实定与优化选择可在大量查阅同类研究文献的基础上进行，多种计算、选型、设计参阅有关课程书本和文献；设计过程中鼓励创新，可在不脱离设计规定基础上增长自己的创新设计1.3机械手的规定与原始数据设计规定1) .机械手工作流程.机械手的初始位(原点)为左上位，开始运行后，假如机械手不在初始位置上，机械手则开始工作回初始位。.原点位置上，首先横轴电动机工作，手

8、臂前伸，前伸到位后，横轴电动机停止。.手爪电动机工作带动手爪转动，当传感器检测到限位磁头时，电机停止。.手爪电磁阀动作(通电)，手爪张开。,延时后，纵轴电动机工作，手臂下降，下降到位后，纵轴电动机停止。.手爪电磁阀复位，手爪夹紧(夹住物体)。.延时后，手臂上升，同步手臂缩回，底盘电动机带动底盘转动。.当横轴、纵轴、底盘都到位后，手臂前伸，前伸到位后停止。.手爪转动，然后纵轴下降，手爪电磁阀动作，手爪张开。.延时后，纵轴上升复位，手臂缩答复位，底盘复位回原点，再反复下一循环。2) .操作方式：自动循环、单周期、单步、手动四种。3) .横轴运动和纵轴运动为直线运动，由步进电动机驱动，由PLC发出控

9、制脉冲控制步进电动机运转。4) .手爪和底盘运动为旋转运动，由直流电动机驱动。5) .手爪采用气压驱动。.原始数据(1).输入电压：AC220V或DC24V。气源0.20.85MPa0(3)臂的运动参数：横轴、纵轴均不大于450mm,速度IOoinm&(4)手爪运动参数：旋转角度180。底盘运动参数：旋转角度180。第二章机械手的构成图61机械手示意图I一手爪张开闭合2一手腕旋转3水平移动4一升降5立柱旋转6一手爪7手腕电动机8横轴9一竖轴10一竖轴电动机11一横轴电动机12一底盘13-底盘电动机第三章机械手的软硬件设计3.1I/O分派表输入输出XO横轴左限YO水平步进电机X1横轴右限Y1垂直

10、步进电机X2竖轴上限Y2水平步进电机换向X3竖轴下限Y3垂直步进电机换向X4手腕复位Y4手腕电机正转X5手腕至位Y5手腕电机反转X6底盘复位Y6底盘电机正转X7底盘至位Y7底盘电机反转X1O上升Y1O手爪松开X11下降X12左移X13右移X14放松X15夹紧X16手腕顺转X17手腕逆转X2O底盘顺转X21底盘逆转X22急停X23复位X3O手动方式X31回原点方式X32单步方式X33单周期方式X34自动循环方式X35回原点启动信号X36自动控制启动信号X37停止信号(15X16X17X20X21X22X23X30X31X32X33X34X35X36X37X264MlCOVYS Y6 Y7 Y10

11、COMlCOM2COM3YOY1Y2Y3%24%龙电撼KM1KM2WKM44安球IIE1迷3.3重要硬件设备名称及型号序号名称型号数量1直流电机70ZYNJ55rmin22步进电机86BYG250ASAFRBC-020223步进电机驱动器SH-2080657BYGSHIHOS724直流继电器MY2NDC24V45干簧管SMEO-4K-LED24B26双作用气缸DSNU-16-100PA17单向截流阀GRLA-M5QS-6D28单电控电磁阀MEH5/21/8B19截止阀HE-IM-D-MINI110消音器U-1/8211行程开关SMBR-16612组合开关HZlO-25/3113PLCFx2n-

12、64MT114计算机自定115三联按钮LAlO-3H33.4重要硬件设备阐明.步进电机的阐明步进电机是把电脉冲转化为直线位移与角位移的执行元件，也就是说步电机时输出角位移与输入电脉冲的个数成正比。步进电机具有良好的速度特性被广泛用在工业生产中的运动控制中。步进电机不能直接加电源直接运行而是通过电机驱动器产生的脉冲电压按一定分派分式加到各控制绕组产生电磁过程的跃变，形成磁极旋转，以反应电磁转矩带动转子作步进式转动。电机驱动器一般由脉冲发生器，脉冲分派器，功率放大器三部分构成。脉冲的输入经脉冲分派器组合成多相轮番通断时输出脉冲，然后经功率放大送步进电机。在步进的状态下，由于步进率较低，电动机装置在

13、下一相通电并开始动作之前完全处在静止状态。这样，电机便可以在无位置误差的状况下启动，停止，反转。从本设计的实际考虑，本系统应属于步进电机时的变速持续运行应而在电机的起停环节上也许存在一定的位置误差，如对于规定较高的位置控制系统，应采用升速到恒速，减速到停止的过程。但对于本系统而言，该误差对系统正常动作的影响可以忽视。直接运用PLC继电器输出的电平信号，与步进电机驱动器输入脉冲信号取逻辑与，控制步进电机驱动器输入脉冲的有无，从而实现电机的运转控制。此控制模式相对于其他直接对电机进行制动的方式，具有响应时间短，功耗小，实现轻易等特点。步进电机驱动器的阐明本设计采用了SH-2080657BYGSH2H057驱动器，改善了电机电流的控制精度，深入减少了力矩的脉冲，提高了细分的精度，并且将电机的损耗减少了30%,到达了减小电机升温的效果。并使其驱动整步步距角L8度的两相电机时可实现每步09度的辨别率，即400步/转。.继电器的阐明本设计的手腕和底盘的旋转动力依托直流电机，而继电器在此处时应用就是实现这两个直流电机的正反转控制，也就是手腕和底盘的运行和复位的控制。通过继电器的吸合和断开，实现电压的正负变化,到达控制直流电机正反转的目的。3.5PLC控制程序流程图拦旬方式远搭向原靠动X3得吧I一水五支文电式运行Y0一