潍坊科技学院学士学位论文 摘要摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重和危险劳动。可以实现生产机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身的安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本文在纵观了近年来机械手发展和应用状况的基础上，结合机械手系统方面的设计，对机械手结构进行了系统的分析，提出了用液压驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对多功能机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用液压驱动，控制系统中选择PLC控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后设计了一种简单、易于实现、理论意义明确的多功能机械手。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型多功能机械手的设计方案，对其他的设计也有一定的借鉴价值。关键词：机械手；液压控制；可编程控制器（PLC）；自动化控制；仿真设计。ABSTRACT Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the hydraulic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used hydraulic en in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulators moving, failure alarm and so on. Finally we design a simple, easy to implement and theoretical meaning of multifunctional manipulator. Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: manipulator ;The hydraulic control;programmable logic controller (PLC); automatic conto;The simulation design.潍坊科技学院学士学位论文 目录目录第1章 前言11.1研究的目的及意义11.2机械手在国内外现状和发展趋势11.3机械手的组成和分类21.3.1机械手的组成21.3.2机械手的分类41.4主要研究的内容51.4.1仿真机械手执行系统的分析与选择51.4.2仿真机械手驱动系统的分析与选择61.4.3仿真机械手的零部件设计61.5解决的关键问题6第2章 机械手的设计方案72.1机械手的坐标型式与自由度72.2机械手的手部结构方案设计72.3机械手的手腕结构方案设计72.4机械手的手臂结构方案设计82.5机械手的驱动方案设计82.6机械手的控制方案设计82.7机械手的主要参数82.8机械手的技术参数列表9第3章 手部结构设计103.1手指的形状和分类103.2设计时考虑的几个问题103.3手部夹紧缸液压的设计113.3.1手部驱动力计算113.3.2液压缸的直径12第4章 手腕结构设计154.1手腕的自由度154.2手腕的驱动力矩的计算15第5章 机械手升降臂设计185.1升降臂设计参数要求185.2运动方案185.3设计内容185.3.1动力系统的选择计算185.3.2执行元件主要参数的确定195.3.3升降臂导轨的设计与计算21第6章 液压系统266.1液压工作原理图266.2液压系统工作原理276.3油泵的选择计算306.3.1流量计算306.3.2油泵电机的选择316.3.3液压系统性能验算32第7章 PLC控制系统337.1 F1系列PLC的组成与性能简介337.2基本单元和扩展单元337.3器件功能及编号347.4 PLC的输入输出分配图357.5步进指令、状态转换图及步进梯形图367.6 关于步进指令的使用说明15427.7 PLC计的几点说明43第8章 结论44参考文献45致 谢46附录47潍坊科技学院学士学位论文 前言第1章 前言1.1研究的目的及意义 机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时需要，可以大量代替单调往复的或高精度的需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重和危险劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身的安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、操作性高、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。推广机械手的应用，本课题试图开发基于pl c的多功能仿真机械手，并借助必要的精密传感器和液压驱动系统，使其能够完成各种抓举动作，动作灵活多样，适用于各种行业和多种动作任务，广泛应用于各种产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序完成各种既定的任务的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并能在各种不同的工作环境完成不同的任务。甚至进入家庭或服务也代替人手完成一些家务。1.2机械手在国内外现状和发展趋势机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品的质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造、金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产的自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大1。目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM等公司。我国机械手起步于20世纪70年代初，经过40多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期,00年高速发展期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着很大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“生产强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新动力。随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了广泛应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多2。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效率、运行成本低。今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。1.3机械手的组成和分类1.3.1机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。机械手组成方框图：2-1执行机构：包括手部、手腕、手臂等部件。 手部：即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构外加吸附式结构辅助。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径的变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。