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气动搬运机械手的plc控制设计学士学位论文.doc
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气动搬运机械手的plc控制设计学士学位论文.doc
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河南理工大学本科毕业设计(论文)说明书
I
摘要
用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手,机械手是模仿着人手
的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动
机械装置。机械手可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,
改善劳动条件,提高劳动生产率和自动化水平。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反应了一个国家工业
自动化的水平,随着工业自动化的普及和发展,搬运机械手的应用也逐渐
普及,主要在汽车,电子,机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或
货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率,减少其
他运输工具的局限,从而满足现代经济发展的要求。
本机械手主要用于光轴的搬运工作,能够配合机床(如锻床、数控机
床、组合机床)或装配线等进行圆柱形工件搬运。本机械手将采用三个自
由度,为气压驱动。本设计首先对机械手的手部、手腕、手臂等各个部分
进行设计计算,然后选择合适的传动方式、驱动方式,搭建机器人的结构
平台;其次,在气动系统的基础上对电气控制系统(PLC)进行了合理设计
和布线。其动作过程包括:下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、
下降、放松、上升、慢退、快退、慢退;其操作方式包括:回原位、手动、
单步、单周期、连续;完成搬运机械手搬运工件的最终要求。
关键词: 机械手,搬运,结构,气压,可编程控制器(PLC)。
Abstract
II
Abstract
The technology device used to reproduce the staff function is called a
mechanical hand, the mechanical hand is imitate the action of the manpower, to
achieve a given program, track and requirements automatically grab, handling or
operation of automatic mechanical device. Robots can replace the hands of
heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working
conditions, and improve labor productivity and automation level.
The technique level and the application degree of industrial robots reflect
the national level of the industrial automation to some extent, with the
popularity of industrial automation and development, handling the application of
mechanical hand gradually popularity, mainly in the automotive, electronic,
mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or
cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport
efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of
transportation to meet the requirements of modern economic development.
This manipulator is mainly used for metal optic axis handling work, can
match with machine tools (such as forging bed, NC machine tools, combination
machine tools) or assembly line of weight to realize cylindrical work pieces
handling. The robot will use the three degrees of freedom for the pneumatic
drive. First, I design and calculate the hand, wrist, arm and various parts of the
mechanical hand. Then choose the proper drive method and transmission
method, build the mechanical structure of the mechanical hand. Second, design
and wire the electrical control system on the base of the pneumatic system of the
manipulator. Their course of action should include: decline in clamping
increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop
in, relax, rise, slow back, rewind, slow back; its operation, including: back in
situ, manual, single-step, single cycle, continuous; and finally complete the final
requirements of the handling robot porter pieces.
Keywords: mechanical hand, transport, structure, pneumatic , programmable
logic controller (PLC).
河南理工大学本科毕业设计(论文)说明书
III
目录
摘要 ...............................................................I
Abstract ..........................................................II
第一章 绪论 ......................................................5
1.1 选题背景 ....................................................5
1.2 机械手设计目的及意义 ........................................5
1.3 机械手发展历史及现状 ........................................6
1.4 国内外应用及发展趋势 ........................................8
1.5 设计大纲 ....................................................9
第二章 机械手方案设计及计算 ......................................11
2.1 机械手的设计要求及技术参数 .................................11
2.1.1 机械手的总体方案论证 ..................................11
2.1.2 驱动方式的选择........................................11
2.1.3 技术参数..............................................12
2.2 手部结构设计及计算 .......................................13
2.2.1 手部设计要求..........................................13
2.2.2 手部选型及计算........................................14
2.2.3 手部夹紧力和驱动力计算...............................15
2.2.4 气缸的直径确定........................................17
2.2.5 缸筒壁厚的设计........................................18
2.3 腕部结构设计 ..............................................19
2.3.1 腕部设计要求..........................................19
2.3.2 腕部的总体设计要求如下:..............................20
2.4 臂部结构设计及计算 ........................................20
2.4.1 臂部设计要求..........................................20
2.4.2 伸缩手臂的设计........................................21
2.4.3 手臂伸缩气缸的尺寸设计................................22
2.4.4 导向装置..............................................23
2.4.5 平衡装置..............................................23
2.4.6 手臂升降气缸的尺寸设计与校核..........................23
2.5 机身设计及计算 .............................................24
2.5.1 回转机身设计..........................................25
2.5.2 尺寸设计及校核........................................25
第三章 气动系统的设计 .............................................28
3.1 驱动方式的选择 .............................................28
3.2 气动原理图 .................................................28
3.2.1 气动控制系统简介:....................................28
3.2.2 各执行机构的调速......................................30
第四章 机械手的 PLC 控制设计 .......................................31
4.1 PLC 简介....................................................31
4.1.1 PLC 的发展历史 ........................................31
4.1.2 PLC 的结构 ............................................32
4.1.3 PLC 系统的其它设备 ...................................33
4.1.4 PLC 的分类 ............................................33
目录
IV
4.1.5 PLC 的特点 ............................................34
4.1.6 PlC 的用途 ............................................34
4.2 机械手动作 PLC 设计 .........................................35
4.2.1 I/O 接口简介 ..........................................36
4.3 PLC 设计 ...................................................36
4.3.1 输入输出设备 .........................................36
4.3.2 选择可编程控制器......................................36
4.3.3 PLC 的 I/O 分配如下: ................................37
4.3.4 PLC 外围接线图如下: .................................38
总 结 ...........................................................40
参 考 文 献 .......................................................41
致 谢 .........................................................42
河南理工大学本科毕业设计(论文)说明书
5
第一章 绪论
1.1 选题背景
工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,
是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自
动化生产设备。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速
更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和
传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用
日益广泛的领域。
机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单
意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置。
从某种意义上说它也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务
性设各,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。近年来,随着电子技术特别是
电子计算机的广泛应用,机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门
新兴技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的
有机结合。
机械手是模仿着人手的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或
操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用
机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、
实现安全生产,尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶
劣的环境中,它代替人进行正常的工作,意义更为重大。因此,在机械加工、冲压、铸、
锻、焊接、热处理、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。
目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,应用规
模和产业化水平低,机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高,从经
济上、技术上考虑都是十分必要的。因此,进行机械手的研究设计是非常有意义的。
1.2 机械手设计目的及意义
本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合,完
成一个特定功能、特殊要求的搬运机械手的设计,较好地体现了机械专业毕业生的理论
研究水平,实践动手能力以及专业精神和态度,具有较强的针对性和明确的实施目标,
实现了理论和实践的有机结合。
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