机械制造与自动化专业毕业设计论文-工业搬运机械手的控制设计

大学

毕业设计

题目工业搬运机械手的控制设计

专业

班级

学生

学号

指导教师

二〇一四年五月五日

1 前言

1.1 工业机械手现状

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化设备，发展速度非常快，尤其是机器人技术的发展，极大地推动了机械手的发展。它可抓取和移动工件，将工件从一个位置移动到指定的位置，并且已实现自动化。它的特点是可以通过预先编制好的程序来完成机械手所要完成的各种动作。机械手容易与液压传动、气压传动和可编程控制器结合起来，实现自动化控制，在结构和性能上兼有人和机器各自的优点[2]。

目前，国内的工业机械手发展速度很快，主要用于机床加工、锻造和热处理等方面，但由于技术方面还比较欠缺，机械手的性能、品种等方面还不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内发展方向主要是逐步扩大机械手的应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，提高生产效率。目前，国内大力发展了了专用机械手，专用机械手的技术已经比较成熟。与此同时，通用机械手也有了很大的发展。但是，目前国内缺乏生产机械手的高端技术，高端技术还不成熟，很多产品的关键技术还主要依赖进口，且国内机械手主要还受到控制系统的困扰，没有比较成熟稳定的伺服系统，所以不能生产出高端的机械手。我国一直很重视机械手的发展，大力推广机械手在工业中的应用，以提升科技水平,加快我国的机械化和自动化的发展速度。

国外方面，机械手在机械制造行业中应用比较多，发展很快，技术也很成熟。目前主要用于机床的上下料、点焊等任务，这些机械手可以按照预先设计好的程序规定的动作来完成动作，以实现了自动化，且定位精度高，工作人员可远离比较危险地工作环境。国外机械手的发展趋势是研究具有某种智能的机械手，例如视觉和触觉功能，使它具有一定的感知环境变化的能力，能感知外界条件的变化并反馈这些变化，通过控制系统的分析和处理对机械手进行位置调整，使其仍能正确的抓取工件，例如工件位置与其规定的位置发生稍微变化时，安放在机械手上的位置传感器能迅速检测到工件位置的变化经分析处理后做相应的调整。这种机械手重点是研究视觉功能和触觉功能，经过这几年的努力，在视觉和触觉功能方面取得了一定的成果。目前世界工业机械手均有精度高，速度快的特点。同时随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械加工领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

1.2 工业机械手的分类

按规格（所搬运工件的重量）分为微型机械手（搬运重量在1千克以下）、小型

机械手（搬运重量在10千克以下）、中型机械手（搬运重量在50千克以下）、大型机械手（搬运重量在50千克以上)。

按功能分为简易型工业机械手、记忆再现型工业机械手、计算机数字控制的工业机械手、智能工业机械手。

按用途分为专用机械手和通用机械手。

按驱动方式可分为液压式机械手、气动式机械手、电动式机械手、机械式机械手。

按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续控制机械手。

1.3 工业搬运机械手控制设计的目的与预期结果

意义机械手是近几年来发展起来的一种自动化装置，它可抓取和移动工件，将工件从一个位置移动到指定的位置，并且已实现自动化。随着技术的发展，机械手的功能在逐渐完善，性能也在得到改善，机械手以实现了与机械化和自动化相结合。机械手能完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高生产效率。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍[3]。

机械手与机器人有密切的联系。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，具有人和机器两者都有的优点，在很大程度上体现了人的智能型。机械手作业的准确性和适应各种环境的能力，在国民经济中的作用是不可替代的。

目前，我国机械手的发展与世界发达国家还有很大的差距。机械手的发展可推动我国工业机械化和自动化的发展。因此，工业机械手的研究设计是非常有意义的。

预期结果通过本次毕业设计，要完成一个完整的工业搬运机械手及其控制系统的设计，包括机械部分、驱动系统和控制系统。设计完成的机械手应具有相应的功能，可将在工作台上已完成加工的工件搬运到指定的地点。

机械手的控制采用PLC控制，通过编写合理的PLC程序控制机械手的动作，在动作过程中保证机械手动作的精度，使机械手准确的抓取工件和放置工件。

机械手的动作方式有手动、单周期和周期操作。

1.4 工业搬运机械手设计的内容

本课程设计要求设计一个工业机械手控制系统，是一个简单的搬运机械手，可将一个已加工完毕的工件从工作台搬运到指定的地点，或者将一个待加工的工件搬运到工作台上。机械手的控制主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。设计的内容有机械部分的设计和控制系统的设计。机械手的动作由控制系统按照预先设定好的程序来控制，通过编写不同的程序完成不同的动作。控制系统采用PLC控制，驱动系统采用液压驱动及步进电动机驱动。

通过查阅相关资料，掌握工业机械手执行部分、驱动系统和控制系统的设计方法和思路，设计出一个合理的完整的工业搬运机械手。在预定控制要求下，完成机械部

分的设计、驱动系统各元器件的选择安装和PLC硬件系统的选择和安装连接，并编写出完整可行的PLC程序，最后检验自己所涉及的工业机械手是否能完成预定的动作，并对其加以修正。本课题要完成一下任务：

(1)完成机械部分总装图及配套零部件图的绘制，其中包括计算机绘制和手工绘制。

(2)编写一套PLC的应用程序其功能是实现对机械手的循环控制，使机械手按照预先设想的轨迹运行并实现物料搬运的功能。

(3) 正确设计PLC与机械手的接线方式并进行控制信号线的连接。

(4)运行程序使机械手按照预订的动作运动。