機(jī)械手搬運(yùn)裝配裝置設(shè)計(jì)

1、蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013-2014-2 機(jī)電 專業(yè)學(xué)期項(xiàng)目（如：機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)構(gòu)建與維護(hù)）項(xiàng) 目 報(bào) 告選 題： 機(jī)械手搬運(yùn)裝配裝置設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 智林 朱振 陳晨 毛佳檜 吉鈺嘉 班 級(jí)： 機(jī)電12304 指導(dǎo)教師： 孫麗娜 機(jī)電工程系制目 錄項(xiàng)目簡(jiǎn)介1一、項(xiàng)目總體方案3（一）系統(tǒng)總體方案概述3（二）控制要求3二、電氣原理設(shè)計(jì)4（一）硬件設(shè)計(jì)41、主電路42、PLC I/O接口電路與輔助電路5（二）軟件設(shè)計(jì)61、 I/O地址分配表62、控制流程圖設(shè)計(jì)73、PLC梯形圖7（三）電器元件選型161、主要元件選型162、元件明細(xì)表18三、電氣安裝工藝設(shè)計(jì)19（一）電器元件布置圖19（二

2、）電氣元件接線圖20（三）操作盤接線與布置圖22四、項(xiàng)目總結(jié)23五、參考文獻(xiàn)24項(xiàng)目簡(jiǎn)介現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)械手的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 機(jī)械手是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)

3、，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)械手稱為專用機(jī)械手，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)械手。簡(jiǎn)而言之，機(jī)械手就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)械手來進(jìn)

4、行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)械手而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。 目前研究主要集中在賦予機(jī)械手“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)械手的觸覺裝置。機(jī)械手的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)械手的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)械手的各部分之間必然還存在著相

5、互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。一、項(xiàng)目總體方案（一）系統(tǒng)總體方案概述： 現(xiàn)有自動(dòng)化機(jī)械手，主要由一臺(tái)2相混合部進(jìn)電機(jī)做底座，六臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)加工需要，要求PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行改造。本機(jī)械手包括水平滑臺(tái)底座和六關(guān)節(jié)的機(jī)械手臂兩部分組成。其中水平滑臺(tái)底座由一臺(tái)2相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過絲滾珠絲杠傳動(dòng)（軸上裝有光電編碼器）。機(jī)械手臂的六個(gè)關(guān)節(jié)分別由一臺(tái)伺服舵機(jī)（簡(jiǎn)易的伺服電機(jī)）驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)空間上六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng) （伺服舵機(jī)已經(jīng)配有專用的控制板和編程軟件）。水平滑臺(tái)左端零點(diǎn)上側(cè)A點(diǎn)放置零件一，左端零點(diǎn)下側(cè)B點(diǎn)放置零件二，由機(jī)械手先抓取零件一搬運(yùn)到滑臺(tái)右端150mm處上側(cè)C點(diǎn)，再拾取零件二搬運(yùn)并安

6、放到零件一上。（二）控制要求:（1）控制模式分為“手動(dòng)”，“自動(dòng)”，“搬運(yùn)組裝”三種（2）“手動(dòng)”模式下，按下“前進(jìn)”或“后退”按鈕，水平滑臺(tái)向左或向右運(yùn)動(dòng)，松開按鈕，則停止。（3）“自動(dòng)”模式下，機(jī)械臂從左側(cè)運(yùn)動(dòng)，抓取物件然后返回左側(cè)零位，然后放下物件，任意按下停止按鈕，工作結(jié)束。（4）“搬運(yùn)組裝”模式下，機(jī)械手在左側(cè)A零點(diǎn)抓取零件，水平滑臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置。放下物件后歸位，然后在左側(cè)B零點(diǎn)位置抓取零件，向右運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置放在物件一上面，完成裝配，然后返回初始位，完成一個(gè)周期。任意按下停止按鈕，工作結(jié)束。二、電氣原理設(shè)計(jì)（一）、硬件設(shè)計(jì)1、主電路 主軸電機(jī) 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 機(jī)械手電機(jī)圖2.1 主

7、電路 控制原理：KM1，KM2分別控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，KM3,KM4分別控制轉(zhuǎn)向電機(jī)左右旋轉(zhuǎn)，KM5,KM6分別控制機(jī)械手上下夾取工件。 2、PLC I/O接口電路與輔助電路圖2.2 PLC 輸入輸出接口電路PLC控制電路的各種運(yùn)行。工作過程分析： 設(shè)備電源QF接通，按下開關(guān)SB1,按下選擇SB3,處于手動(dòng)模式。 按下選擇開關(guān)SB4,處于自動(dòng)模式。 按下選擇開關(guān)SB5，處于搬運(yùn)組裝模式。 按下停止按鈕SB2,設(shè)備停止運(yùn)動(dòng)。 按下暫停按鈕SB6,設(shè)備暫停運(yùn)動(dòng)。 按下前進(jìn)開關(guān)SB7,設(shè)備前進(jìn)。 按下后退開關(guān)SB8,設(shè)備后退。圖2.3 輔助電路（二）、軟件設(shè)計(jì)1、 I/O地址分配表INPUT(輸入）

8、號(hào) 輸入信OUTPUT(輸出）輸出信號(hào)X0SB1啟動(dòng)按鈕Y0KA1步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)X1SB2停止按鈕Y1KA2步進(jìn)電機(jī)后退X2SB3手動(dòng)模式按鈕Y2KA3轉(zhuǎn)向電機(jī)左轉(zhuǎn)X3SB4自動(dòng)模式按鈕Y3KA4轉(zhuǎn)向電機(jī)右轉(zhuǎn)X4SB5搬運(yùn)組裝Y4KA5機(jī)械手下降抓取物件X5SB6暫停按鈕Y5KA6機(jī)械手上升X6SB7前進(jìn)按鈕X7SB8后退按鈕X12傳感器X14傳感器X15傳感器X16傳感器X17傳感器2、控制流程圖設(shè)計(jì)開始SB1 模式選擇 按下手動(dòng)按鈕SB2 按下自動(dòng)按鈕SB3 按下搬運(yùn)組裝按鈕SB4 按下SB5 按下SB6 電機(jī)前進(jìn) 機(jī)械手向左擺動(dòng) 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 到最右處 抓取工件 正傳 反轉(zhuǎn) 機(jī)械手?jǐn)[

9、動(dòng) 機(jī)械手回到初始位 抓取工件 回到最左側(cè) 電機(jī)向右運(yùn)動(dòng) 放下工件 機(jī)械手向左擺動(dòng) 放下工件 機(jī)械手回到初始位置 電機(jī)向左運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手向右擺動(dòng) 抓取工件 機(jī)械手向左擺動(dòng) 電機(jī)向右運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手向左擺動(dòng) 放下工件 機(jī)械手回到初始位 電機(jī)向左運(yùn)動(dòng)回到初位3、PLC梯形圖 （三）電器元件選型1、主要元件選型（1）PLC選型 (1).靈活的配置 除了具有滿足特殊需求的大量特殊模塊外,6個(gè)基本單元中的每個(gè)單元可擴(kuò)展至256I/O (2).高速運(yùn)算 基本指令:0.08us/指令,應(yīng)用指令:1.52至幾百us/指令 (3).突出的寄存器容量 FX2N系列包括8K步內(nèi)置RAM寄存器,用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)展到16R

10、AM或EEPROM (4).豐富的元件資源 3072點(diǎn)輔助繼電器,256點(diǎn)計(jì)時(shí)器,235點(diǎn)計(jì)數(shù)器,8000數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器plc技術(shù)參數(shù)：FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。系統(tǒng)配置既固定又靈活：在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。備有可自由選擇，豐富的品種可選用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由

11、選擇。令人放心的高性能程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)盒，最大可擴(kuò)充至16K步。（2）步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。2、元件明細(xì)表代號(hào)元件名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量M1步進(jìn)電機(jī)

12、57BYG250AC 380V 2.75A1M2機(jī)械手130MB 100A-011000AC380V 5A1M3轉(zhuǎn)向J52-47KW,380V,15.2A1QF斷路器DZ47 3P D40AC380V 40A1PLC可編程控制器FX2N-48MR1FU熔斷器RL6-63/3512KM交流接觸器CJ20-16/22AC380V 16A3SB1SB8按鈕LAY3380V,3A,綠色7SB2按鈕LAY3380V,3A,紅色1KA中間繼電器OZ-SS-105LM124v，3A6SQ行程開關(guān)LXW5380v，10w5三、電氣安裝工藝設(shè)計(jì)（一）、電器元件布置圖 （二）電氣元件接線圖 （三）、操作盤布置圖與

13、說明 操作板說明：SB1：開始按鈕SB2：停止按鈕SB3:手動(dòng)模式按鈕SB4:自動(dòng)模式按鈕SB5:搬運(yùn)組裝模式按鈕SB6:暫停按鈕SB7:前進(jìn)按鈕SB8:后退按鈕四、項(xiàng)目總結(jié)：在本項(xiàng)目總我們遇到了一些問題：、PLC程序的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谧龃隧?xiàng)目時(shí)用到許多陌生的指令所以編程時(shí)遇到了問題，首先我們通過查找資料，最后我們通過問指導(dǎo)老師解決了此問題。、步進(jìn)電機(jī)部分設(shè)計(jì)，因?yàn)槲覀儗?duì)步進(jìn)電機(jī)了解的不過深入，我們也通過查找資料和向老師請(qǐng)教解決了問題。在此過程中我們也學(xué)到了很多：、我們能夠完整的對(duì)一個(gè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)；、我們學(xué)會(huì)了使用一些軟件，比如電氣制圖軟件，Visio畫圖軟件等五、參考文獻(xiàn)1 主編：徐兵；機(jī)械基礎(chǔ)，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2