搬運機械手監(jiān)控系統(tǒng)的設計
49頁 19000字數(shù)+論文說明書+任務書+9張CAD圖紙【詳情如下】
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機械手手臂聯(lián)結(jié)座.dwg
機械手支座.dwg
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腰部結(jié)構(gòu)圖.dwg
搬運機械手監(jiān)控系統(tǒng)的設計
1 緒論 3
1.1前言 3
1.2 工業(yè)機械手的簡史 3
1.3工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用 3
1.3.1 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線 3
1.3.2 在實現(xiàn)單機自動化方面 3
1.3.3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 3
1.4 機械手的組成 4
1.4.1 執(zhí)行機構(gòu) 4
1.4.2 驅(qū)動機構(gòu) 4
1.4.3 控制系統(tǒng)分類 5
1.5工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 5
1.6 本文主要研究內(nèi)容 6
1.7 本章小結(jié) 6
2 機械手的總體設計方案 7
2.1 機械手基本形式的選擇 7
2.2機械手的主要部件及運動 8
2.3驅(qū)動機構(gòu)的選擇 9
2.4 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 9
2.5 本章小結(jié) 9
3 機械手手部的設計計算 9
3.1 手部設計基本要求 9
3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) 9
3.3機械手手抓的設計計算 9
3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 9
3.3.2 手抓的力學分析 10
3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 11
3.3.4 手抓夾持范圍計算 12
3.4 機械手手抓夾持精度的分析計算 13
3.5彈簧的設計計算 14
3.6 本章小結(jié) 16
4 腕部的設計計算 17
4.1 腕部設計的基本要求 17
4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17
4.2.1典型的腕部結(jié)構(gòu) 17
4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 18
4.3 腕部的設計計算 18
4.3.1 腕部設計考慮的參數(shù) 18
4.3.2 腕部的驅(qū)動力矩計算 18
4.3.3 腕部驅(qū)動力的計算 19
4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?span id="ehpmzw1" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 20
4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘 21
4.4 本章小結(jié) 22
5 臂部的設計及有關計算 23
5.1 臂部設計的基本要求 23
5.2 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24
5.2.1 手臂的典型運動機構(gòu) 24
5.2.2 手臂運動機構(gòu)的選擇 24
5.3 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 24
5.3.1 手臂摩擦力的分析與計算 24
5.3.2 手臂慣性力的計算 26
5.3.3 密封裝置的摩擦阻力 26
5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 26
5.5 本章小結(jié) 28
6 機身的設計計算 29
6.1 機身的整體設計 29
6.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計計算 30
6.3 機身升降機構(gòu)的計算 34
6.3.1 手臂偏重力矩的計算 34
6.3.2 升降不自鎖條件分析計算 35
6.3.3 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)動力的計算 36
6.4 軸承的選擇分析 36
6.5 本章小結(jié) 37
7 ADAMS 模型的建立與仿真 38
7.1虛擬樣機技術(shù) 38
7.2 ADAMS軟件 38
7.3 手部模型的建立 40
7.4 本章小結(jié) 44
1 緒論
1.1前言
用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為 。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為 。
工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領域，是一門跨學科綜合技術(shù)。
工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。
機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的 。
機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。
機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
1.2 工業(yè)機械手的簡史
現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化 。
機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。
1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。
1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。
1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。
美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。
德國機器制造業(yè)是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。
第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。
第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術(shù)交流活動開展很多。
7.4 本章小結(jié)
通過本章，對機械手的手部進行了建模，并對結(jié)果以曲線的形式輸出仿真結(jié)果。對于ADAMS建模，在ADAMS/View提供有零件庫，可以創(chuàng)建各種基本的物體。對于復雜形狀的物體，可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件（如：Pro/e）中輸入零件模型。
致 謝
本次畢業(yè)設計，是老師考慮到學生日后的研究方向而特意為我安排的。通過這次訓練，提高了自己的動手能力、設計能力和編程水平，為學生日后順利進入機器人這一深邃的科研領域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設計，學生收獲頗多，這與于老師的悉心指導是分不開的。老師公務繁忙，但是還是經(jīng)常抽時間來視察學生畢業(yè)設計進度，就畢業(yè)設計過程中遇到的問題給予耐心指導，敦敦教誨，身體力行，實在令學生欽佩感動不已！特此，學生鄭重向于老師表示感謝！
另外，學生還要感謝師兄，他們在學生畢業(yè)設計的過程中給出了許多有益的建議，特此表示感謝！
參考文獻
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（論文）開題報告 設計（論文）名稱 搬運機械手監(jiān)控系統(tǒng)的設計 設計（論文）類型 指導教師 學生 姓名 學號 機械工程學院 、 機械制造及其自動化 、 機電 073 一、選題依據(jù)：（簡述研究現(xiàn)狀或生產(chǎn)需求情況，說明該設計（論文）目的意義。） 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大。殼體是閥類控制器上使用的通用型零件，該零件結(jié)構(gòu)復雜，加工精度高，工藝過程長，殼體質(zhì)量一直是影響控制器精度的主要指標之一。由于原有殼體的加工設備陳舊，工藝落后等原因，嚴重影響了控制器的發(fā)展。為了改變落后的生產(chǎn) 狀態(tài)，緩解日趨緊張的供求關系，我們研究開發(fā)了多工步搬運機械手。在設備的整體構(gòu)思，總體布局，機構(gòu)功能，驅(qū)動和控制系統(tǒng)等方面，對原有設備進行了徹底改造，投入運行以來，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)率高，工藝成本降低，深受廠家歡迎。 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓方式，它具有在同等輸出功率下傳動裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點， 13 個機械手的左右橫移，上升和下降及夾緊和松開等動作及 4個自動轉(zhuǎn)位夾具的回轉(zhuǎn)運動，分別采用由方向閥和節(jié)流閥控制的 18 個液壓缸驅(qū)動，全部執(zhí)行元件由一個 4 6 級電動機帶動一個流量為 24 l/單級葉片泵供油，使驅(qū)動系統(tǒng)的造價大幅度降低。 在搬運機械手的控制系統(tǒng)中，我們采用了 術(shù)，選用霍爾傳感器作為主令檢測信號，使用日本立石公司生產(chǎn)的 為控制器主體，常用 形圖邏輯設計方法較多，設計中我們采用流程圖法，按照零件加工過程設計出控制系統(tǒng)流程圖，一般控制系統(tǒng)都是由若干個穩(wěn)定工作狀態(tài)組成，每個工作狀態(tài) 是由于接受了某個切換主令信號而建立的。各個工作狀態(tài)用一個輔助繼電器進行區(qū)分，輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制，這些切換主令信號分別來自按鈕、傳感器、定時器和計數(shù)器。輔助繼電器同時又是執(zhí)行元件的輸入變量。當控制系統(tǒng)的輸入主令信號和執(zhí)行元件確定以后，將主令信號與各自工作狀態(tài)的約束條件，分別代入相應的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程，即可完成自動工作循環(huán)的邏輯控制。最后再考慮手動控制系統(tǒng)及自動循環(huán)與手動控制之間的互鎖要求，即完成了全部控制系統(tǒng)的邏輯設計。 二、設計（論文研究）思路及工作方法 搬運機械手控制系統(tǒng)的要求 ,然后進行了可編程控制器 I/O 點的分配、編寫了 制程序、繪制了原理圖 ;同時 ,實現(xiàn)了 上位計算機組態(tài)王軟件的通訊、設備的連接與配置、數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、圖形界面的設計和動畫連接的建立等 ;最后運行系統(tǒng)并調(diào)試成功。本設計利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)對搬運機械手的運行過程進行監(jiān)控和管理 ,這對提高生產(chǎn)過程的自動化控制水平有著重大的意義。 三、設計（論文研究）任務完成的階段內(nèi)容及時間安排 。 1． 2011 年 2 月 28 日 — 2011 年 3 月 13 日，查閱資料，完成文 獻綜述和開題報告； 2． 2011 年 3 月 14 日 — 4 月 20 日，檢查 搬運機械手監(jiān)控系統(tǒng)的設計 存在的問題，進行維修；完成電器元件及 制模塊設計。 3． 2011 年 4 月 21 日 — 5 月 22 日，利用 搬運機械手 ，進行實驗，并記下實驗數(shù)據(jù)。 4． 2011 年 5 月 23 日 — 5 月 29 日，使用說明書及畢業(yè)設計說明書的撰寫。 5． 2011 年 5 月 30 日 — 6 月 10 日， 畢業(yè)設計的修改，答辯的準備。 指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室畢業(yè)設計（論文）工作組審核意見 難度 分量 綜合訓練程度 教研室主任： 年 月 日 設計（論文）類型： A— 理論研究； B— 應用研究； C— 軟件設計；