搬运机械手的毕业论文

搬运机械手的毕业论文（共8篇）

篇1：搬运机械手的毕业论文

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本 科 生 毕 业 设 计（论文）

题

目：学生姓名：学

号：专业班级：指导教师：

（届）

搬运机械手设计

职称：

****年**月**日

搬运机械手的设计

摘要：随着科学技术的发展和自动化生产线在企业产品生产中的广泛应用，机械手作为自动化生产线的重要组成部分也得到了长足的发展和进步，机械手的发展在企业的发展和创收上起到了举足轻重的作用。本文简单介绍了本课题的意义和内容，回顾了国内外机械手的发展概况，并对工件搬运机械手的研究。作者根据本课题的研究依据，对机械手的机械系统方案进行了设计，确整体结构和机、气一体化的实现方法，画出了各主要部件的机械结构图。

关键字：机械手；气动；设计研究

Design of Manipulator for Transportation Abstract：With the development of the science and technology and the application of the automobile product line in the production, the manipulator, who serves as the important part of the automobile product line, has also experienced dramatic progress and development, manipulator as to play an extremely important part in the development and income of the corporations.This paper introduces the content and practical application value of the thesis, and reviews the development of manipulators inside and abroad, and manipulator which used transport workpiece has been studied.The writer introduces the gist of research, designs the machine system project of the manipulator, confirms the gantry configuration and the realization way with the machinery, gas-motivated and draws the machine configuration picture of master parts.Key words：manipulator, pneumatics, design and study

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目 录 绪论...........................................................错误！未定义书签。1.1 前言..........................................................错误！未定义书签。1.2 机械手国内外研究现状.........................................错误！未定义书签。1.3 当今机械手具有的特点.........................................错误！未定义书签。2 机械手总体设计方案.............................................错误！未定义书签。2.1 机械手基本形式的选择.........................................错误！未定义书签。2.2 机械手的主要运动方式和部件...................................错误！未定义书签。2.3 驱动方式的选择...............................................错误！未定义书签。2.4 机械手的主要设计参数.........................................错误！未定义书签。3 机械手手部设计.................................................错误！未定义书签。3.1 手部的种类及设计基本要求.....................................错误！未定义书签。3.1.1 手部的种类.............................................错误！未定义书签。3.1.2 手部设计基本要求.......................................错误！未定义书签。3.2 手部的结构设计及尺寸的计算...................................错误！未定义书签。3.2.1 手部的设计.............................................错误！未定义书签。3.2.2 手指指端设计...........................................错误！未定义书签。3.2.3 手部各主要尺寸的确定...................................错误！未定义书签。3.3 手部夹紧气缸的设计...........................................错误！未定义书签。3.3.1 手部加紧力FN的计算.....................................错误！未定义书签。3.3.2 手部夹紧气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。4 机械手手腕设计.................................................错误！未定义书签。4.1 手腕设计基本要求.............................................错误！未定义书签。4.2 手腕的结构设计...............................................错误！未定义书签。4.3 手腕回转气缸的设计...........................................错误！未定义书签。4.3.1 手腕转动时所需驱动力矩M驱的计算.......................错误！未定义书签。4.3.2 手腕回转气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。5 机械手手臂设计.................................................错误！未定义书签。5.1 手臂设计的基本要求...........................................错误！未定义书签。5.2 手臂的结构设计...............................................错误！未定义书签。5.3 手臂伸缩气缸的设计...........................................错误！未定义书签。

I 本工作室有大量设计资料，承接机械类毕业设计和课程设计，需购买或设计请加Q631768401

5.3.1 手臂伸缩运动驱动力F的计算.............................错误！未定义书签。5.3.2 手臂伸缩气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。6 机械手机身设计.................................................错误！未定义书签。6.1 机身整体的结构设计...........................................错误！未定义书签。6.1.1 常见机身的结构.........................................错误！未定义书签。6.1.2 机身整体结构的选择.....................................错误！未定义书签。6.2 机身回转气缸的设计...........................................错误！未定义书签。6.2.1 回转气缸驱动力矩M驱的计算..............................错误！未定义书签。6.2.2 机身回转气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。6.3 机身升降机构的设计...........................................错误！未定义书签。6.3.1 手臂偏重力矩M偏的计算..................................错误！未定义书签。6.3.2 升降不自锁条件分析计算.................................错误！未定义书签。6.3.3 机身升降运动的液压缸驱动力F的计算.....................错误！未定义书签。6.3.4 轴承的选择分析.........................................错误！未定义书签。7 全文总结与展望.................................................错误！未定义书签。7.1 全文总结......................................................错误！未定义书签。7.1.1 机械系统方面...........................................错误！未定义书签。7.1.2 驱动传动方面...........................................错误！未定义书签。7.2 展望..........................................................错误！未定义书签。参考文献..........................................................................27 致谢..............................................................................28 附录..............................................................................29

II 本工作室有大量设计资料，承接机械类毕业设计和课程设计，需购买或设计请加Q631768401

附 录

1.气动搬运机械手

QDBYJXS-A0 2.手部部件

SBBJ-A1 3.花键套

HJT-A2 4.花键轴

HJZ-A2 5.活塞轴

HSZ-A2 6.回转气缸上盖

HZQGSG-A2 7.回转气缸下盖

HZQGXG-A2 8.气缸盖及导杆

QGGJDG-A2 9.升降气缸盖(底座)

SJQGGDZ-A2 10.手臂支架及导杆套

SBZJJDGT-A2 11.手指

SZ-A3 12.手指端

SZD-A3 13.手指圆柱销杆

SZYZXG-A3 14.手指支架及驱动杆套

SZZJJQDGT-A3 15.工件

GJ-A4 本工作室有大量设计资料，承接机械类毕业设计和课程设计，需购买或设计请加Q631768401

篇2：搬运机械手的毕业论文

基于PLC控制的自动生产线工件搬运机械手设计

学院：机械工程学院

篇3：搬运机械手的毕业论文

气动机械手作为机械手的一种,具有结构简单、重量轻、动作迅速、工作可靠、节能和环保等优点而被广泛应用。本文介绍一种用于模块化生产系统(Modular Production System,简称MPS)上的气动安装搬运机械手装置,该装置融合了机电一体化、电气自动化等专业所涉及的机械传动技术、位置检测技术、气动技术、PLC控制技术、通信技术等知识,且由于操作的对象和信息输入输出的元件都是实际生产中采用的,所以非常适合作为专业综合实践和专业课程综合实训平台,培养学生的专业知识综合应用能力和创新能力。

2 安装搬运机械手的结构和工作原理

安装搬运机械手是MPS装置第3站的主体设备,主要功能是,将加工站加工好的工件1搬运到安装工作位,然后发出安装请求指令,待安装站将工件2安装到工件1中后,再将组装好的成品搬运到分类站分类位。

安装搬运机械手的结构示意如图1所示,主要由夹钳、升降气缸、左右气缸、磁性开关、电磁阀、气源处理组件、支架等组成。

夹钳用于实现工件的夹紧和放松。升降气缸使机械手升降,实现提升和放下工件的动作。左右气缸配合旋转齿轮实现机械手旋转和停留。机械手可在加工站取料位、安装工作位和分类站分类位3个位置之间旋转停留。停留位置由左右气缸上的磁性开关共同检测判断。

3 气动控制回路设计

安装搬运机械手的气动控制回路如图2所示。气动系统由气源、气动三联件OZ、电磁阀、节流阀和各种气缸组成。气源工作压力:最小6bar,最大8bar。左右气缸的换向阀采用二位五通双电控电磁阀,升降气缸和夹紧气缸的换向阀采用二位五通单电控电磁阀。电磁阀均选用AIRTAC公司型号为4V110-M5的产品。气缸选用SMC公司的产品,左右气缸选CDU20-50D型号,升降气缸3A选CDM2B10-30型号,夹紧气缸4A选MHZ2-10D1E型号。为了使各执行元件运动平稳,各气缸2个气口装有单向节流阀,型号选择为SMC公司的ARJ1020F-M5。升降气缸位置检测开关选用SMC公司的D-C73产品,左右气缸位置检测开关选用SMC公司的D-A93产品,夹钳上不用位置检测开关。

1.夹钳2.升降气缸3.安装工作位4.加工站取料位5.支架6.左气缸7.右气缸8.分类站分类位

图2安装搬运机械手气动控制回路

4 电气控制系统设计

4.1 电气元件布置与PLC的I/O接口分配

安装搬运机械手的检测和执行电气元件布置示意如图3所示。当1V2和2V2得电时,左缸和右缸活塞均伸出,控制机械手左转到加工站取料位上方;当1V2和2V1得电时,左缸活塞伸出而右缸活塞缩回,控制机械手旋转到安装工作位上方;当1V1和2V1得电时,左缸和右缸活塞均缩回,控制机械手右转到分类站分类位上方。

根据控制要求并结合图3分析,PLC的输入信号有:起停控制信号3个,位置检测信号6个,联络信号3个,共12个开关量输入信号;输出信号有:电磁阀控制信号4个,与加工站、安装站和分类站的联络信号4个,共8个开关量输出信号。输入输出信号的具体作用和地址分配如表1所示。通讯继电器和电磁阀的线圈均为DC24V。选用三菱FX2N-48MR型PLC,24点直流输入,24点继电器型输出,并向外提供24V直流电源,完全可以满足控制要求。

安装机械手接受的联络信号有:加工站工件1到位,发出的取料请求信号3C4;安装站将工件2安装到工件1中后,发出的安装完毕信号5C4;分类站分类位准备好,发出的放料请求信号6C4。

安装机械手发出的联络信号有:安装机械手从加工站取料位取走工件1,向加工站发送的取料完毕信号4C3;安装机械手将工件1放好在安装平台上,向安装站发送的安装请求信号4C5A;安装机械手将安装好的成品从安装平台取走后,向安装站发送的搬取结束信号4C5B,用于安装站复位;安装机械手将成品放到分类站的分类位后,向分类站发送的放料完毕信号4C6。

因为安装搬运机械手的通讯输出信号与加工站、安装站、分类站的通讯接收信号均分属两个不同的电路,故通讯信号通过中间继电器来实现隔离。继电器K1处理取料完毕信号,继电器K2用来处理放料完毕信号,继电器K3用来处理安装请求信号,继电器K4用来处理搬取结束信号。

4.2 PLC控制程序

(1)控制功能要求

安装搬运机械手控制系统分为单站控制、联络控制和停止控制三种控制功能。

单站控制。初始时机械手支架位于左边、手臂位于上端、钳爪松开。按下单站启动按钮SB1,机械手将工件1从加工站搬运到安装工作台,延时一段时间后,再将工件1搬运到分类站,然后机械手返回原位,完成一次工作循环。如果没有停止信号,安装搬运机械手按照以上过程循环进行工作。注意,要将安装工作台、分类站放料台的工件及时拿走,否则容易损坏机械。

联络控制。当加工站工件1准备好后,按下联络按钮SB2,安装搬运机械手将工件1搬运到安装工作台,等待安装站将工件2安装到工件1中后,安装搬运机械手再将组装好的成品搬运到分类站,然后机械手返回原位,完成一次工作循环。如果没有停止信号,安装搬运机械手按照以上过程循环进行工作。安装搬运站、加工站、安装站和分类站之间应该有良好的互锁控制,即加工站没准备好,安装搬运站机械手不能去取工件1;工件1没有在安装工作台放置好,安装站不能工作;安装未结束,安装搬运站不能去取成品;分类站没准备好,成品不能下放。

停止控制。任何时候按下停止按钮SB3,控制系统在完成当前工作周期结束后自动停止工作。

(2)工艺流程

按照上述控制要求,安装搬运机械手的工艺流程如图4所示。用M0记忆联络起动信号,用M1记忆单站起动信号,M0和M1之间有互锁;按下停止按钮SB3,断开M0和M1。PLC上电后,系统进入初始步S0。不论是单站工作方式M1得电,还是联络工作方式M0得电,首先均执行机械手复位操作。机械手复位操作时,完成夹钳松开(4V断电)→手臂上升(3V断电)→手臂左转(1V2和2V2得电),安装机械手左转到加工站取料位上方,此时上限位开关3S2(X10)、左缸右限位开关1S2(X4)、右缸左限位开关2S2(X6)均接通,表示复位完成,机械手进入原点等待步S20。若是单站工作方式,机械手延时进入下降步S21,若是联络工作方式,机械手等待取料请求信号3C4(X12)到来后,进入下降步S21。此后机械手完成抓料S22→上升S23→右转S24→下降S25→放料S26→上升S27→安装延时S28→下降S29→抓料S30→上升S31→右转S32→下降等待S33→下降S34→放料S35→上升S36→左转S37→原位S0等一系列动作。

单站和联络工作方式的区别在于转换条件的不同和特定步需要发送联络信号。转换方式上:在S20步的转换,联络工作方式需等待取料请求信号X12;在S28步的转换,联络工作方式需等待安装完毕信号X13;在S33步的转换,联络工作方式需等待放料请求信号X14。发送联络信号方面:S24步时,需发送取料完毕信号4C3(Y0);S28步时,需发送安装请求信号4C5A(Y1);S32步时,需发送搬取结束信号4C5B(Y2);S37步时,需发送放料完毕信号4C6(Y3)。

5 结束语

利用PLC对安装机械手实现了自动控制,很好地实现了安装搬运的取料、放料、安装和联络等功能。控制系统在国产YL-101型MPS实训装置上运行,经实践检验,设备动作顺畅、性能稳定、可靠性高。

参考文献

[1]黄伟玲.基于PLC的气动搬运机械手设计[J].煤矿机械,2009,30(10):20-22.

[2]张铁轶,何国金,黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J].液压与气动,2008(9):6-8.

[3]MITSUBISHI公司.FX2N系列微型可编程控制器使用手册[Z].

[4]吴明亮,蔡夕忠.可编程控制器实训教程[M].北京:化学工业出版社,2005.

[5]刘增辉.模块化生产加工系统应用技术[M].北京:电子工业出版社,2005.

篇4：搬运机械手的毕业论文

目前，由于机械手技术有了快速的发展，同时PLC控制技术以及点控制技术也在生产实践中得到应用，所以，适合在工业自动化生产中使用的通过机械手也有了不小的进展。因为气动机械手具有诸多优势，比如结构简单、定位精确、控制便捷等，因此被自动化生产线大量采用。本文将结合自动化生产线的实际情况，进行基于PLC与步进电机的气动手搬运机械手控制的探讨。

一、起动机械手的机构及原理

1、气动机械手的结构

该气动机械手的结构如图1所示，其中1为推料气缸，2为工作库，3为单杆气缸，4为双导杆气缸，5为气动手抓，6为转轴，7为步进电机，8为传送带。在以上组成元件中，燃料气缸主要负责在工件库中推送工件；气动手抓则是用来抓紧工件或放松工件；双导杆气缸是用来控制机械手臂进行缩回或者伸出动作；单杆气缸可以提升或者降低气动手抓；不仅电机控制着机械手臂的旋转，并且依据脉冲数量来保障定位准确。

2、气动机械手的工作原理

本文探讨的气动系统包括了推料气缸、升降气缸、伸缩气缸和气动手抓等组成部分。其中，单电控制二位五通阀负责控制推料气缸、升降气缸以及伸缩气缸。而气动手抓则是被双电控制二位五通阀来进行控制。至于气缸动作过程中的稳定性，一般通过单向节流阀来控制其速度，速度得到控制以后，气缸在运动过程中的稳定性即可大大提高。该气动机械手在工作中遵循以下流程：工件存料后气动机械手向前伸出—前臂降低—工件被气动手指夹住—前臂抬升并缩回—手臂向右旋转—手臂前屈—手爪把工件放进料口—手臂缩回—机械手复位，直到下一个工件就位，这一过程循环进行达到工作的目的。在本系统中，为了保障机械手的定位准确，把电感传感器装置在机械手底座处，当作其基准传感器。并且在机械手向左、向右旋转到最大位置处加装限制装置。

二、气动机械手控制标准

对于气动机械手控制标准，主要体现在搬运工件的工作中，不仅要准确控制其操作，还要同步呈现系统的状态。在遇到紧急事件时，可以进行相应的处理。具体要求分三个方面：（1）机械手在工件到位后向前伸出手臂，当传感器检测后，手爪气缸延迟0.5秒后下降，在限位传感器感应后，同样延迟0.5秒再抓取工件，手抓接受到加紧信号之后，延迟0.5秒上升气缸，到位后手臂气缸回缩，缩回限位到位之后右旋转，到达一定角度之后手臂向前伸出，伸出限位后手爪气缸降低，下降限位后，手动手爪延迟0.5秒松开工件，手爪提高限位后，手臂气缸向后缩，缩回限位后手臂进行左旋转，直到下一个工件就位，再重复以上要求。（2）启动、停止、复位、警告。在该系统通电，“复位”被点动后系统复位，并且清除干净存料台。点击“启动”按钮之后，表示缺料情况的黄灯会闪烁，设备在放进工件后再运转。当点动“停止“按钮后，全部元件都会暂停工作，警告灯也会点亮，同时缺料黄灯也会继续闪烁。（3）系统意外断电的处理。设备会在系统意外断电后暂停工作。直到电源供应恢复之后，点击“复位”按钮，并且再次点动“启动”按钮，这个时候机械手会执行控制要求（1）中的有关内容。

三、气动机械手控制系统的设计

1、气动机械手控制系统的硬件设计

本系统在动作流程上主要根据气动机械手控制系统的工作原理，并且结合电磁铁的状态和步进电机的方向信号DIR和脉冲信号的状态来安排气动机械手的动作顺序。在PLC I/O口分配方面，主要依据该系统输出与输入的数量特征。决定将控制器选择为西门子S7-200系列PLC。该气动搬运机械手控制系统的I/O口分配情况如表1所示。

2、气动机械手控制系统的软件设计

在本文中的机械手软件设计过程中，步进电机的控制是比较复杂的难点。对于步进电机控制系统而言，其驱动器的方向信号DIR和脉冲信号PLU是由Q0.1和Q0.0分别提供的。利用程序对步进电机的旋转方向和脉冲数目进行相应设置后，基本上可以保障机械手向左、向右旋转的准确度。结合步进电机的动作特征，应用S7-200PLC的脉冲指令PLS来保证步进电机的定位。其中，高速脉冲指令包括宽度可变脉冲PWM和高速脉冲PTO這两种类型。由于PTO方式能够有效控制脉冲数量和周期，所以被该系统采纳。步进电机一旦在启动瞬间发生高频脉冲增加的情况，会导致电机出现失步等故障。为此，步进电机在进行启动、运行、停止、高速运行、减速等阶段时，可以在PTO指令过程中运用多管线控制手段。

结论

本文进行基于PLC与步进电机的气动手搬运机械手控制系统的设计，通过相关实验，证明了该机械手控制方便、定位精确，可以长期稳定的运行。在实际生产过程中可以结合需要来调整机械手动作流程，提高其适应性。

参考文献

[1]何献忠.可编程控制器应用技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

篇5：搬运机械手的毕业论文

机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适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[1>。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，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，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。物料搬运机械手结构

如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放(如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

图1 物料搬运机械手装置结构示意图 机械手控制系统组成

由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。

图2 基于PLC的机械手控制系统硬件原理图

步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机，最大扭矩:12Nm;保持转矩:13.5Nm;额定电流4.2A。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2>。PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制，向1PG发出定位命令，然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令，从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性, 又便于控制程序的编写。

在图2中，FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1PG的DOG端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24V电源，从而使步进电机开始以原点返回速度(爬行速度)转动，以便在到达设定的原点位置时方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5V电源，正端接PG0+，负端通过开关K与PG0-相连。当步进电机在DOG信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发PG0+和PG0-，使两端接通5V电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1PG的BFM#26和#27这2个寄存器中，作为PLC对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

气动比例伺服控制系统采用德国Festo公司的相关产品，主要由HMP坐标气缸、伺服定位控制器SPC200以及与之配套的内置位移传感器MLO-POT-0225、气动伺服阀MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制连接器SPC-AIF-POT等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中SPC200的DIO数字量I/O模块的接线[3>。从该图中可见，一方面PLC通过输出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(Record Select工作方式)记录号选取，并通过Y6启动伺服定位;另一方面SPC200又通过定位任务完成信号Q0.4(MC-A)将定位执行情况反馈到PLC的输入端X12，以便于PLC 的程序控制。

在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在PLC的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。控制系统PLC程序设计 4.1 步进电机初始化控制程序

PLC与1PG间通过FROM/TO指令进行联系。通过TO指令，PLC将控制命令及参数写入1PG的缓存，而在1PG控制下，步进电机的运行状态则由PLC通过FROM指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，PLC一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其M0～M15寄存器的内容写入1PG的操作命令缓存“BFM#25”中，控制1PG的工作。同时，PLC还不断从1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

图3 步进电机初始化控制程序

按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

4.2 机械手综合控制程序

综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求, 下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序(如图4所示):

图4 机械手综合控制程序

该程序表明:当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由PLC的输出端子(Y2～Y0)控制SPC200输入端子(I0.2～I0.0)的状态来决定的，如附表所示，从而实现了PLC对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作,夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。

附表 PLC输出端子与SPC200输入端子接口状态对应表结束语

上述针对机械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的PLC控制系统，它还可以通过RS-485总线或CC-Link总线与生产线上的其它PLC及控制器组成工业控制网络, 实现更进一步的自动化生产控制。

参考文献

[1> 张建民.工业机器人[M>.北京:北京理工大学出版社,1996.[2> 三菱公司.FX2N-1PG PULSE GENERATOR UNIT USER’S MANUAL[Z>.2003.[3> FESTO公司.Pneumatic positioning system Smart Positioning Controller SPC200 Manual[Z>.2002

篇6：搬运机械手的毕业论文

搬运机械手动态控制设计

0312001426 03电气4班 程 诚

一、本课题的目的及研究意义：

搬运机械手设计是机械制造,机械设计和机械电子工程(机电一体化)等专业的一个重要的环节,是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计能力、掌握实现生产过程自动化的设计方法。通过这一环节要求达到：

1）通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、微型计算机原理及应用、自动机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切地结合起来。因此，机械手设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。

2）搬运机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤，为自动机械设计打下良好的基础。

3）通过设计，使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图册和规范；熟悉有关国家标准和颁布标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。

4）由几名学生共同完成机械手设计工作，这样既能培养学生独立工作与分工协作完成大型设计的能力，又解决了工作量大，时间短的矛盾。

二、搬运机械手的概述

国内外实际上使用权的定位控制的机械手，没有“视觉”和“触角”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视角”和“触角”的工业机械手，使它对所抓取的工件进行分辨，选取所需要的工件，并正确地夹持工件，进行精确地在机器中定位、定向。

为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨开头不同的零件，它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，分辨是否是所要抓取的工件。

为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法：一是检测把握物体手臂的变形，以决定适当的握力；另一种是直接检测指部与物件的滑动位移，来修正握力。

因此，这种机械手就具有以下几个方面的性能： 1）能准确地抓住方位变化的物体。2）能判断对象的重量。3）能自动避开障碍物。

4）抓空或抓力不足时能检测出来。

这种具有感知力并能对感知的信息作出反应的机械手称为智能机械手，它是有发展 前途的。

现在，搬运机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，其效用是代替人从事繁重的工作和危险的工作台，在恶劣环境下尤其明显。至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门，机械手的应用情况决不能说是很好的。虽然这些工业部门工时不足的问题很尖锐，但采用机械手只限于一小部分工序。其原因之一是，搬运机械手的性能还不能满足这些部门的要求，适于机械手工作台的范围很狭小。另外经济性问题当然也很重要，采用机械手来节约人力从经济上看不一不定期总是合算的。然而，利用机械手或类似机械设备节省人力和实现生产合理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的总是获得解决，机械手的应用必将会飞跃发展。

机械手是机械自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着机械技术特别是计算机的广泛应用，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。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中

它可以用来组装零部件。

(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5)宇宙及海洋的开发。

(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。

三、主要研究内容以及采用研究方法

在搬运机械手的控制系统中，我们采用了PLC技术。用流程图法，按照零件加工过程设常用PLC梯形图逻辑设计方法较多，设计中我们采计出控制系统流程图。一般控制系统都是由若干个稳定工作状态组成，每个工作状态是由于接受了某个切换主令信号而建立的。各个工作状态用一个辅助继电器进行区分，辅助继电器的状态由切换主令信号来控制，这些切换主令信号分别来自按钮、传感器、定时器和计数器。辅助继电器同时又是执行元件的输入变量。当控制系统的输入主令信号和执行元件确定以后，将主令信号与各自工作状态的约束条件，分别代入相应的辅助继电器逻辑方程和执行元件的逻辑方程，即可完成自动工作循环的逻辑控制。最后再考虑手动控制系统及自动循环与手动控制之间的互锁要求，即完成了全部控制系统的逻辑设计。

在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成工件的取放。对机械手的控制主要是位置识别、运动方向控制和物料是否存在的判别。以附图所示机械手为例，其任务是将传送带A上的工件或物品搬运到传送带B上。机械手的上升、下移、左移、右移抓紧和放松都是用双线圈三位电磁阀气动缸完成。当某个电磁阀通电时，就保持相对应的动作，即使线圈再断电仍然保持，直到相反方向的线圈通电，相对应的动作才结束。设备上装有上、下、左、右、抓紧、放松六个限位开关，控制对应工步的结束。传送带上设有一个光点开关，监视工件到位与否。

四、机械手的性能指标

机械手的主要参数是说明机械手的规格和性能的具体指标，一般包括以下几项：

1）抓取重量

抓取重量（又称臂力）是指机械手所能抓取或搬运物件的最大重量，它对其他参

如行程范围、坐标形式和缓冲装置的设计均有影响，是机械手最基本的参数。

2）运动速度 运动速度反映了机械手的生产水平，影响机械手的运动周期和工作效率，很多机械手由于速度低而限制了它的使用范围。影响机械手动作快慢的两个主要运动是手臂

和回转运动。速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重大小和行程距离有关系。

3）行程范围

机械手的手臂运动行程对使用性能有较大的影响。一般来说，通用机械手的手臂转就尽可能大些，回转行程范围应大于180度，使机械手具有一定的通用性；手臂伸缩行程及工作半径要适宜，太大会增加手臂悬伸量，相应的偏重力矩和转动惯量也增加，且刚性降低，对于定位精度也难以保证。

4）定位精度

定位精度是衡量机械手工作质量的又一重要指标，是指机械手的运动部件从某一起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的准确程度。定位精度的高低取决于位置控制方式以及机械手运动部件本身的精度和刚度，并和抓取重量、运动速度等因素也有密切关系。定位精度包括位置设定精度和重复定位精度两种，一般所说的定位精度是是指重复定位精度。

我们设计的成果将会根据这个几性能指标来测试，以检验它是否合格。

五、进度安排

2007.1----2007.2 ：选定题目

2007.3----2007.4 ：开题报告，综合叙述

2007.4----2007.5 ：设计方案的实施，设计控制原理图，梯形图程序，参数设置，控制信号端口连接

2007.5----2007.6 ：完成设计 2007.6中旬

： 毕业答辩

参考文献：

篇7：搬运机械手的毕业论文

首先分析了搬运机械手控制系统的要求，然后进行了可编程控制器I / O点的分配、编写了PLC控制程序、绘制了原理图;同时，实现了PLC与上位计算机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设计和动画连接的建立等;最后运行系统并调试成功。本设计利用工控组态软件实现对搬运机械手的运行过程进行监控和管理，这对提高生产过程的自动化控制水平有着重大的意义。

引言

随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，流水生产线已基本普及，人工搬运或包装货物和产品不仅耗时费力，而且在环境恶劣、无法作业的条件下依然动用人工去作业已然不太现实。因此，传统的工作方式必然不能适应我国社会主义市场经济的快速发展，自动化生产模式则应运而生，而机械手自动化控制的研究与应用对实现自动化生产有着巨大的意义。

利用PLC 控制实现机械手的精准、快速地进行货物的搬运、移动、打包和分拣等繁琐或有害人体的工作，劳动强度得以大大减轻，生产的自动化程度也得到大幅度提高，并且机械手完全可以代替人工在环境恶劣、工人无法作业或有特殊要求的场合完成既定的工作任务。因此，利用组态软件可实现远程控制、可视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的机电一体化自动控制，在我国现代化工业发展进程中将起到巨大的推动作用。系统的控制要求

搬运机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成;电气方面有步进电机、步进电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。其结构示意图如图1 所示。

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图1 搬运机械手示意图

机械手转盘部分由直流电机驱动，升降和伸缩部分由步进电机驱动，夹紧部分由气泵和电磁阀控制。

机械手的工作过程为: 从原点开始，按下启动按钮，系统初始化，气夹正转，到位后机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止，同时机械手夹紧;夹紧后机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;基座正转，到位后机械手右移，右移到位时，碰到右限位开关，右移停止;机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止;同时气夹电磁阀断电，机械手放松，放松后，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;机械手开始左移，左移到位时，碰到左限位开关，左移停止，基座反转，到位后回到原点位置。至此，机械手经过12 步动作完成了1 个动作周期。系统的PLC 控制部分设计

2．1 PLC 输入输出点分配

2．1．1 控制系统输入输出

控制系统输入输出分配如表1 和表2 所示。

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表1 可编程序控制器(PLC)输入点

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表2 可编程序控制器(PLC)输出点

2．1．2 PLC 外部接线图的设计

PLC 外部接线图如图2 所示;气夹电机接线图如图3 所示;基座电机接线图如图4 所示

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图2 PLC 外部接线图 点击图片查看大图

图3 气夹电机接线图 点击图片查看大图

图4 基座电机接线图

2．2 系统的顺序功能图

系统的顺序功能图如图5 所示

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图5 系统的顺序功能图 组态部分的设计

在本设计中，交通信号灯监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6． 5 组态王软件。

3．1 定义I /O 设备

首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，弹出串口设置对话框，如图6 所示。

要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC 的通讯参数设置保持一致。由于本系统是PLC 与组态王间进行通讯，因此将PLC 的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。

在本设计中采用的是三菱FX 系列可编程控制器，当使用RS232 与上位机相连时，PLC 与组态王连接的I /O 设备的缺省与推荐设置如表3 所示。按照表3 中给定参数设置串口设置对话框

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图6 串口设置对话框

表3 I /O 设备的通讯参数

然后选择工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，选择PLC 三菱FX2 系列产品中“编程口”，如图7 所示。

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图7 设备配置向导对话框

单击“下一步”，为外部设备取一个名称，输入“PLC”，再单击“下一步”，为设备选择连接串口;假设为COM1，单击“下一步”，填写设备地址为“1”，单击“下一步”，设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导—信息纵览”。请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。

3．2 构造数据库

要在组态王中知道外部设备的状态，以及能够输出控制信号到机械手，需要建立相应的变量。建立完成的数据库如图8 所示。

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图8 构造好的组态王数据库

然后是动画连接，接着是脚本程序的编写。

3．3 脚本程序的编写

1)事件命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“事件命令语言”，在右侧双击新建图标，则出现“事件命令语言”对话框，在“事件描述”中输入“停止按钮= = 1”，在“发生时”语言编辑区域输入: 停止标志= 1;运行标志= 0;∥本站点 复位按钮= 0;∥本站点 启动按钮= 0;单击右下方的“确认”按钮，则完成第一段事件命令语言的编写。

类似可编写“复位按钮”“下降”“启动按钮”“横轴回缩”的事件命令语言。2)应用程序命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“应用程序命令语言”，双击右侧图标，则出现“应用程序命令语言”对话框，在这里编写机械手动画的主要控制程序。在“运行时”栏里输入: if(运行标志= = 1){ if(次数＞ = 0＆＆ 次数＜ 50＆＆ 下降= = 1){ 机械手y = 机械手y + 2;次数= 次数+ 1;} if(次数＞ = 50＆＆ 次数＜ 60＆＆ 气夹电磁阀 = = 1){ 次数= 次数+ 1;} if(次数＞ = 60＆＆ 次数＜ 110＆＆ 上升= =1)3．4 运行和调试

进入组态王运行系统。显示出组态王运行系统画面(如图9 所示)，达到了预期的目标。

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图9 搬运机械手的组态界面 结论

篇8：搬运机械手的毕业论文

1 设计任务的提出

该机械手拟用于机车车轮自动生产线中车轮的动平衡工序, 完成车轮在自动生产线和动平衡机之间搬运, 工作循环如图1所示。机械手有2个抓取手臂, 右机械手负责将前传送线的车轮搬运到动平衡机上, 左机械手负责将动平衡机上已经平衡过的轮子搬到后传送线, 2个抓取手臂可同时升降、左右运动等。

根据现场的实际需要, 设计的具体要求为: (1) 抓取对象为粗加工后的机车车轮, 要求抓取的产品规格可更换。最小尺寸:准570mm, 厚度:400mm, 重量:470kg;最大尺寸:准620mm, 厚度:400mm, 重量:500kg。 (2) 工作中, 机械手从生产线上抓取车轮, 放于动平衡机上, 同时将动平衡机上已经动平衡完毕的车轮放到动平衡工位后生产线。 (3) 一个抓取和放下循环的时间要求不超过20s。 (4) 据生产线总体设计要求及工作场限制, 要求机械手下降最低位距离地面1120mm, 上升高度为500mm, 沿水平方向的移动距离为2000mm。 (5) 要求机械手抓取可靠、运动平稳、无抖动、断电或者断气的情况下能自锁、定位精确, 不同规格的车轮能够通用。

2 卡爪部件的设计

分析认为, 该设计的核心在于车轮抓取卡爪部件的设计, 实现抓取的可靠、平稳、实现断电、断气等突发情况下的自锁是该设计成败的关键。

在传统的搬运机械手中, 抓取部分常见的结构有图2所示的齿轮齿条式和导柱导轮式。齿轮齿条结构中, 一根横梁上有一个齿轮齿条机构, 可随着横梁水平运动, 齿条上下运动带动齿轮1、齿轮2转动, 然后卡爪开、合以实现车轮的抓取;导柱导轮式中, 一根横梁上有两根导柱, 可随横梁水平移动, 每个导柱上有一个卡爪, 卡爪1和卡爪2同时被驱动上下运动, 以实现车轮的升起和放下。这两种方案都存在刚性不足、运动中抖动, 抓取车轮时水平速度不合理, 使车轮磕碰伤、断电不能自锁、定位不精确等问题。

我们设计的连杆式车轮搬运机械手抓取部分结构如图3所示。它主要由卡爪、大圆盘、小圆盘、导柱、上平板、下平板、大气缸、小气缸、连杆、滑环等组成。顶板、上平板、下平板通过连接杆相对固定不动, 需要卡爪张开时, 小汽缸向上拉动滑环, 滑环拉着4个连杆向上运动, 卡爪绕着大圆盘的4个关节点转动, 卡爪张开, 如图4所示。需要卡爪合拢抓取工件时, 小汽缸向下推动滑环, 滑环拉着4个连杆向下运动, 卡爪绕着大圆盘的4个关节点转动, 卡爪合拢, 抓取工件, 此时连杆水平, 处于机械死点, 实现自锁。车轮需要提升或放下时, 大气缸开始工作, 这时上平板、下平板不动, 上平板的下面设计装有滑块, 和滚动导轨连接, 整个部件能水平滑动, 如图5所示。在图3中, 大气缸的活塞杆和连接板连接, 通过连接板、拉杆和小圆盘连接, 小圆盘通过导柱又和大圆盘、工件连接, 导柱既导向又连接, 导向时穿过下平板的导套上下运动。这样, 车轮需要上升时大气缸提升连接板、拉杆, 带动小圆盘上升, 小圆盘又通过导柱拉动下面的大圆盘、卡爪、车轮等一起上升。值得注意的是, 上、下平板中间都是设计成一定形状的空心, 保证了相关部件能自如地上下运动。车轮需要下降时正好相反。

3 整体设计

图5为设计终了时的机械手整体效果图, 主要由2个卡爪部件 (左、右机械手) 、驱动机构、导轨、支架等组成。工作时先是大气缸下降, 左、右机械手同时下降, 下降到一定高度时停止, 小气缸开始下降, 卡爪收拢, 抓取零件。抓住零件后大气缸上升, 车轮随着机械手上升, 到顶点后停止, 整体向左移动2m, 这时, 左边的车轮送到了左边的传送带, 右边的车轮送到了动平衡机的上方。然后, 同时下降, 卡爪同时张开放下车轮, 之后同时上升, 右移至起点, 至此一个工作循环完成。

4 设计核心

(1) 机械自锁:就是在意外情况下, 气源气压不足或者断气、断电, 卡爪必须保持抓紧车轮状态, 不许松开, 以免砸伤动平衡机和生产线。我们是通过合理设计连杆长度、滑环的行程等, 使得抓紧状态下连杆水平, 处于机械死点实现自锁的。

(2) 卡爪由松开到夹紧过程中, 卡爪转动到和车轮快要接触部位时, 水平速度最好较小, 以免损伤车轮表面或卡爪冲击车轮而损伤动平衡机;除此位置外的其它位置, 卡爪转动要求尽可能的快, 以满足节拍要求。我们通过Autodesk Inventor仿真了该卡爪的运动, 通过改变有关设计参数, 达到了该要求。

(3) 整体刚性要好, 满足上升、下降和水平移动中不晃动。我们通过Autodesk Inventor软件, 对关键零件进行了有限元分析, 实际使用中已经证明了该设计非常成功。

5 结语