自動取模機械手的改良設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院jinhua college of profession and technology畢業(yè)綜合項目成果 （2014屆）題 目 自動取模機械手的改良設(shè)計 學(xué) 院 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 機械制造與自動化 班 級 機制111 學(xué) 號 201131020010134 姓 名 指導(dǎo)教師 2013年12月24日 目 錄摘要1引言11.工業(yè)機械手及注塑機械手的發(fā)展和現(xiàn)狀1 1.1工業(yè)機械手的發(fā)展過程1 1.2取模機械手的國內(nèi)現(xiàn)狀12取模機械手的控制系統(tǒng)總體設(shè)計2 2.1機械手總體控制方案2 2.2示意圖33機構(gòu)設(shè)計4 3.1手臂部分設(shè)計4 3.2氣缸部分設(shè)計54工作狀態(tài) 6 4

2、.1運行設(shè)計6 4.2運行的控制設(shè)計7 5小結(jié)11謝辭12參考文獻12附件1 16 全自動取模機械手 摘要：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(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。該注塑機取模機械手是一種抓取注塑工件的機械手，采用直接控制結(jié)構(gòu)，完成了硬件電路設(shè)計，包括時鐘復(fù)位電路、輸入輸出通道、液晶接口、鍵盤接口、串口下載等，包括菜單、機械手動作位置監(jiān)督、故障報警等相關(guān)功能。整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、各模塊功能明確。有較好的市場應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機；注塑機取模機械手引言 1954年，美國人喬治德沃爾設(shè)計了第一臺電子可編程的工業(yè)機

3、器人，并與1961年發(fā)表了該項機器人專利。從此以后，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和知識經(jīng)濟的出現(xiàn)，工業(yè)機器人在現(xiàn)代制造業(yè)中起著越來越大的作用，機械手的設(shè)計和改進日益受到人們的關(guān)注。注塑機械手是現(xiàn)代產(chǎn)品制造業(yè)中主要加工設(shè)備之一，是成型塑料制品的專用設(shè)備。隨著注塑工業(yè)的快速發(fā)展，對工廠自動化程度要求越來越高，對注塑機械手的要求程度也越來越高。1. 工業(yè)機械手及取模機械手的發(fā)展和現(xiàn)狀1.1 工業(yè)機械手的發(fā)展過程機械手是能夠模仿人手和手臂的功能，按固定程序抓取、搬運物件和操作工具的自動裝置。它可以部分或全部代替人力，從事一些單調(diào)、繁重的重復(fù)性勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和機械化，能再有害環(huán)境中操作得以保護人身安全，

4、當前正廣泛用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。1.2 取模機械手的國內(nèi)外現(xiàn)狀近幾年，中國注塑機發(fā)展迅猛，每年都以超過30%的速度增長。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用戶對取模機自動化程度的要求也越來越高。一個大型的注塑企業(yè)通常會有幾十甚至幾百臺注塑機需要管理，無論是從生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率還是從產(chǎn)品品質(zhì)的角度來看，都不可能用人手來取產(chǎn)品，這個時候就迫切需要用到注塑機取模機械手。采用該機械手取工件，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且大量節(jié)省了操作員工，提高了操作人員的安全性和舒適程度。目前，我國內(nèi)地僅有少數(shù)幾個企業(yè)通過仿制的方式在生產(chǎn)取模機機械手，大量的產(chǎn)品依靠臺灣、日本和歐美進口。進口機械手不僅成本高昂，

5、其設(shè)計思路更適合西方人的思維卻不太適合中國人的操作習(xí)慣。而目前國內(nèi)開發(fā)的機械手控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面欠缺，這為本課題找到了合適的切入點。研制與開發(fā)一種工作效率高、成本低，性能穩(wěn)定的取模機械手控制系統(tǒng)是本課題的主要目標。 本課題涉及到機械技術(shù)、電子技術(shù)、氣動技術(shù)等多個學(xué)科。通過本課題的工作，不僅可以實現(xiàn)取模機械手的單片機控制，而且對于多學(xué)科交叉、滲透與交流有積極的促進作用。2注塑機機械手控制系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1機械手總體控制方案 機械手的整體控制部分主要有電源、電控箱、氣閥箱和執(zhí)行結(jié)構(gòu)，具體圖形如下：主控制板中繼板近接開關(guān)電磁轉(zhuǎn)向閥 機械手電源鍵盤液晶顯示注塑機 圖1 控制結(jié)構(gòu)框圖在這種結(jié)構(gòu)設(shè)計中

6、，硬件部分只要分為主控制板、中繼板、鍵盤板和液晶顯示電路板，對機械手的控制是通過主控制板直接對中繼板發(fā)控制信號，中繼板上的繼電器根據(jù)主控制板的控制信號對氣閥箱進行控制，從而對機械手進行相應(yīng)的動作控制。主控制板、鍵盤板和液晶顯示模塊經(jīng)過合理設(shè)計后被安裝在控制盒中，繼承性好，外部通過一根電纜連到中繼板上，實現(xiàn)對機械手的直接控制 。這種硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:硬件結(jié)構(gòu)簡單，主cpu對機械手的各運動機構(gòu)進行直接控制，適用于單旋臂式注塑用機械手和雙旋臂式注塑用機械手。這種硬件結(jié)構(gòu)的不足之處是:由于硬件結(jié)構(gòu)相對簡單，唯一的控制單元核心要負責(zé)檢測鍵盤、液晶顯示、輸出機械手的動作和檢測輸入點等大量的工作，這對處理器

7、的處理能力和即時性提出了挑戰(zhàn)，而且輸入輸出點有限，控制集中，只能適用于懸臂式機械手等緊湊系統(tǒng)，而對于相對大型的橫走式機械手則無法適用。2.2示意圖圖2 整機器渲染圖1. 頂蓋帽 2.上蓋板 3.固定手臂 4.高度螺桿 2. 5.固定桿 6.旋轉(zhuǎn)底座 7.底座 8.夾頭 9.滑動桿圖3.整機裝配簡圖 圖4.工作原理圖3機構(gòu)設(shè)計3.1手臂部分設(shè)計氣動機械手臂的動力輸出由氣動完成，夾取時必須能夠穩(wěn)定，根據(jù)夾子的設(shè)計結(jié)構(gòu)然后外加模具的重量不是很重所以采取單氣缸式的機械手, 圖5夾具剖圖圖6夾具渲染圖 由一個氣缸帶動一根桿子運動，桿子帶動著滑塊，在滑塊上面有兩個鏈條鏈接手臂的夾子，夾子的前兩段鏈接旁邊的

8、壁部，當氣缸回拉的時候手臂就張開，放出的時候就夾緊，以此反復(fù)，可以完成物件的夾起與放開。3.2氣缸部分設(shè)計考慮到取模機械手一般使用于一般的模具，不會很重，所以氣缸只需要有3公斤的氣壓就足夠了，將氣缸如圖方式固定 圖7 氣缸渲染圖 圖8氣缸簡圖伸縮手臂為機械手執(zhí)行水平伸縮運動的機構(gòu)，它是連接機械手末端執(zhí)行器和豎直升降手臂的部件，它的基本作用是完成末端執(zhí)行器的伸出和縮回運動。伸縮手臂在進行運動時，為防止手臂沿伸縮方向軸線轉(zhuǎn)動、加大承載能力，以及提高運動精度，必須設(shè)有導(dǎo)向裝置。伸縮手臂導(dǎo)向裝置需根據(jù)伸縮手臂的安裝形式、結(jié)構(gòu)及負荷等條件來確定，常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿。為使設(shè)計標準化和簡單化，在本設(shè)

9、計中，伸縮手臂采用的是新薄型帶導(dǎo)桿氣缸，該氣缸體積小、輕巧耐橫向負載能力強，耐扭矩能力強，不回轉(zhuǎn)精度高，導(dǎo)向桿的軸承課選擇滑動軸承或球軸承，安裝方便，二面接管位置可供選擇 圖9氣缸連接圖4工作狀態(tài)4.1運行設(shè)計 該機械手為圓柱坐標型。圖為機械手結(jié)構(gòu)示意圖，機械手手臂的左右運動(水平方向)由氣缸1控制，上下運動(垂直方向)由氣缸2控制，逆時針和順時針旋轉(zhuǎn)運動則由底盤直流電機的正反轉(zhuǎn)控制。機械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動，并由電磁閥控制。機械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動作將工件從a處搬運到b處，分別用幾個限位開關(guān)控制。圖10機器工作狀態(tài)圖工件在a點時候底盤直流電機轉(zhuǎn)動，觸碰到sq1的

10、限位開關(guān)，氣缸1開始向外，觸碰sq3限位開關(guān)，氣缸2開始向下，觸碰sq5限位開關(guān)，機械手氣缸開始動作夾起a點的工件，氣缸2開始向上，觸碰sq6限位開關(guān)，氣缸1開始動作，觸碰sq4限位開關(guān)，底盤直流電機開始動作，觸碰sq2限位開關(guān)，氣缸1開始向外，觸碰sq3限位開關(guān)，氣缸2開始向下，觸碰sq5限位開關(guān)，機械手氣缸開始動作松開工件，氣缸2開始向上，觸碰sq6限位開關(guān)，氣缸1開始動作，觸碰sq4限位開關(guān)，完成一次動作。本設(shè)計是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種三自由度氣動機械手，主要由平移氣缸、平移滑塊、機架、底座、擺動氣缸、平移導(dǎo)桿、手爪、垂直升降氣缸、垂直升降導(dǎo)桿及擺動裝置所組成，平移氣缸和平移滑塊相

11、連接并設(shè)置在平移機架上，平移導(dǎo)桿與平移滑塊相連接，垂直升降氣缸與垂直升降導(dǎo)桿安裝在平移滑塊上，手爪安裝在垂直升降氣缸的下端部，擺動氣缸的下端部連接在底座上，擺動氣缸的上部連接在擺動裝置上，擺動裝置的下端固定地連接在機架上，擺動裝置通過旋轉(zhuǎn)軸與底座相連接。4.2運行的控制設(shè)計 可編程控制器（plc）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)練成一個整體機易于擴充功能的原則設(shè)計。

12、plc是一種工業(yè)計算機，其種類繁多，不同廠家的產(chǎn)品有各自的特點，但作為工業(yè)標標準設(shè)備，可編程控制器又有一定的共性。 plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示：圖11 plc硬件結(jié)構(gòu)示意圖圖12工作順序圖 圖13 plc控制圖i/o分配輸入輸出啟動i0.7三位三通電磁換向閥ya1 q0.1直流電機反轉(zhuǎn)i0.1三位三通電磁換向閥ya2 q0.2直流電機正轉(zhuǎn)i0.2三位三通電磁換向閥yb1q0.3氣缸1向外運動i0.3三位三通電磁換向閥yb2q0.4氣缸1向內(nèi)運動i0.4兩位兩通電磁換向閥yc1q0.5氣缸2向下運動i0.5氣缸2向上運動i0.6 表1i/o

13、分配 1.氣源 2.氣壓檢測 3.三位五通電磁換向閥 4.三位五通電磁換向閥 5三位五通電磁換向閥 6.兩位四通電磁換向閥 7.氣缸1 8.氣缸2 9.氣缸3 10氣缸4圖15氣動回路5小結(jié) 這是一款運用單片機調(diào)控的機械手，簡化了市面上的橫走機，或者單臂的機器，合理的添加了可整體旋轉(zhuǎn)的功能，并且使材料縮減，節(jié)省了空間，使整體優(yōu)化了許多，更加的實用了。設(shè)計前，雖然在書本上已了解到單片機的一些知識，但不夠深入，在實際應(yīng)用時遇到了很多問題，理論與實際之間存在一定的差距。在此次設(shè)計過程中，涉及到了很多專業(yè)知識（如單片機、電路、數(shù)電、模電、傳感器等），我們也對這些課程進行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。通過我的努力，翻閱

14、了大量的資料，在指導(dǎo)老師的幫助下，從方案的論證到每一步設(shè)計任務(wù)的實現(xiàn)，盡職盡責(zé)，按照設(shè)計要求，逐步完成了該項設(shè)計任務(wù)。當然，因為時間的短暫，課題完成的還不夠完善，要想達到運用于生產(chǎn)還有一段差距，尤其是在軟件方面很難達到理想的控制效果。希望能在將來得到不斷改進，最終開發(fā)出比較成熟的系統(tǒng)并應(yīng)用于實際的生產(chǎn)生活中。謝辭本論文設(shè)計在陸勇星老師的悉心指導(dǎo)和嚴格要求下業(yè)已完成，從初期的定題到修改，還有最后的完成畢業(yè)設(shè)計，寫作期間，老師們?yōu)槲姨峁┝朔N種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，給我巨大的啟迪，鼓舞和鞭策，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。同時感謝所有教育過我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。參考文獻1楊明忠,朱家誠.機械設(shè)計m.武漢理工大學(xué)出版社,2006.2張建民.工業(yè)機器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，1988.3蔡自興.機器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.機器