機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)樣本

1、廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于PLC的 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 別 專業(yè)班級 姓 名 學(xué) 號 年 月 日至 年 月 日 共 周指導(dǎo)教師簽字 _系 主 管 領(lǐng) 導(dǎo) 簽 字 _年_月_日摘要機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有直流流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給PLC主

2、機(jī)；位置信號由接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制機(jī)械手手爪和底盤的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞:機(jī)械手；步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器；PLC。目錄摘要······················

3、83;·············································1 第一章 緒論···&

4、#183;·················································&

5、#183;·······31.1 引言·········································

6、·····················31.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)···························&

7、#183;··························31.2.1 設(shè)計(jì)目的·····················&#

8、183;································31.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容···············

9、83;······································4 設(shè)計(jì)依據(jù)與可行性··········

10、;····································4 設(shè)計(jì)步驟·············

11、;·········································4 其他說明········

12、;··············································41.3 機(jī)械手的要求與原始數(shù)據(jù)·&

13、#183;··········································51.3.1 設(shè)計(jì)要求·····&#

14、183;················································5. 原始數(shù)據(jù)&

15、#183;·················································&

16、#183;··5第二章 機(jī)械手的組成·············································&#

17、183;·······7第三章 機(jī)械手的軟硬件設(shè)計(jì)········································

18、·······83.1 I/O分配表·········································&

19、#183;···············83.2 I/O接線圖································&#

20、183;························93.3 主要硬件設(shè)備名稱及型號······················

21、3;····················103.4 主要硬件設(shè)備說明···························&#

22、183;·····················103.5 PLC控制程序··························&

23、#183;··························12 流程圖······················&

24、#183;································12 梯形圖················&

25、#183;······································13 指令表··········&

26、#183;············································183.6 氣動回路圖···&#

27、183;·················································&#

28、183;·21總結(jié)···············································

29、3;···················22致謝······························

30、·····································23參考文獻(xiàn)············

31、··················································

32、·24第一章 緒論1.1 引言在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。

33、廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。 本設(shè)計(jì)所用機(jī)械部件有滾珠絲杠、滑軌、氣控機(jī)械抓手等。電氣方面有可編程控制器（PLC）、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、直流電機(jī)、開關(guān)電源、電磁閥、操作臺等部件?？删幊炭刂破靼l(fā)出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，分別驅(qū)動橫軸、豎軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；直流電機(jī)拖動底座和手腕的旋轉(zhuǎn)；行程開關(guān)、微動開關(guān)、將位置信號反饋給主機(jī)，由主機(jī)發(fā)出指令來實(shí)現(xiàn)對手臂的伸縮、上下、轉(zhuǎn)動位置的控制；主機(jī)發(fā)信號到氣動電磁閥，以控制手爪的張合來抓放物體。本設(shè)計(jì)可根據(jù)工件的變化

34、及運(yùn)動流的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，具有很大的靈活性和可操作性。1.2 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的(1).進(jìn)一步加深對所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化。 (2). 系統(tǒng)開發(fā)PLC的綜合訓(xùn)練，掌握PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和實(shí)施。獲得從事科研工作的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用已學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，尤其注重充分利用網(wǎng)絡(luò)等途徑獲取新知識的能力。(3). 培養(yǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理、文件編輯、文字表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等基本工作實(shí)踐能力以及外文資料翻譯與使用能力。(4).樹立嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、善于合作等作風(fēng)，培養(yǎng)創(chuàng)新意

35、識。 設(shè)計(jì)內(nèi)容PLC的選型及電動機(jī)的選擇，編制機(jī)械手PLC控制程序，設(shè)計(jì)機(jī)械手模型的電氣線路原理圖，繪制設(shè)計(jì)圖樣，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。 設(shè)計(jì)依據(jù)與可行性參照已學(xué)課程：電工與電子技術(shù)、機(jī)電傳動與控制及可編程控制器應(yīng)用技術(shù)原理與應(yīng)用等相關(guān)知識，綜合相關(guān)實(shí)訓(xùn)課程完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，機(jī)電實(shí)訓(xùn)室提供的PLC實(shí)訓(xùn)場地和氣動生產(chǎn)線及機(jī)電一體化組合試驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺能夠用于畢業(yè)設(shè)計(jì)程序的調(diào)試。 設(shè)計(jì)步驟(1).根據(jù)設(shè)計(jì)要求深入了解系統(tǒng)的基本組成、主要運(yùn)動形式及工作流程。(2).進(jìn)行電動機(jī)的種類及驅(qū)動方式的選擇。(3).確定輸入/輸出設(shè)備和PLC型號，編制現(xiàn)場設(shè)備與PLC輸入/輸出對照表、所需的PLC機(jī)內(nèi)編程軟元件及I/O

36、接線圖。(4).完成PLC控制程序的編制。(5).設(shè)計(jì)系統(tǒng)電氣線路。(6).綜合調(diào)試(7).撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，列出詳細(xì)的材料清單 其他說明設(shè)計(jì)方案的確定與優(yōu)化選擇可在大量查閱同類研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，各種計(jì)算、選型、設(shè)計(jì)參閱相關(guān)課程課本和文獻(xiàn)；設(shè)計(jì)過程中鼓勵(lì)創(chuàng)新，可在不脫離設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上增加自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.3 機(jī)械手的要求與原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)要求1).機(jī)械手工作流程.機(jī)械手的初始位（原點(diǎn)）為左上位，開始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，機(jī)械手則開始工作回初始位。.原點(diǎn)位置上，首先橫軸電動機(jī)工作，手臂前伸，前伸到位后，橫軸電動機(jī)停止。.手爪電動機(jī)工作帶動手爪轉(zhuǎn)動，當(dāng)傳感器檢測到限位磁頭時(shí)，電機(jī)停

37、止。.手爪電磁閥動作（通電），手爪張開。.延時(shí)后，縱軸電動機(jī)工作，手臂下降，下降到位后，縱軸電動機(jī)停止。.手爪電磁閥復(fù)位，手爪夾緊（夾住物體）。.延時(shí)后，手臂上升，同時(shí)手臂縮回，底盤電動機(jī)帶動底盤轉(zhuǎn)動。.當(dāng)橫軸、縱軸、底盤都到位后，手臂前伸，前伸到位后停止。.手爪轉(zhuǎn)動，然后縱軸下降，手爪電磁閥動作，手爪張開。.延時(shí)后，縱軸上升復(fù)位，手臂縮回復(fù)位，底盤復(fù)位回原點(diǎn)，再重復(fù)下一循環(huán)。2).操作方式：自動循環(huán)、單周期、單步、手動四種。3).橫軸運(yùn)動和縱軸運(yùn)動為直線運(yùn)動，由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，由PLC發(fā)出控制脈沖控制步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。4).手爪和底盤運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由直流電動機(jī)驅(qū)動。5).手爪采用氣壓驅(qū)動。.

38、 原始數(shù)據(jù)(1).輸入電壓：AC220V或DC24V。(2)氣源0.20.85MPa。(3)臂的運(yùn)動參數(shù)：橫軸、縱軸均小于450mm，速度100mm/s。(4)手爪運(yùn)動參數(shù)：旋轉(zhuǎn)角度180O。(5)底盤運(yùn)動參數(shù)：旋轉(zhuǎn)角度180O。第二章 機(jī)械手的組成第三章 機(jī)械手的軟硬件設(shè)計(jì)3.1 I/O分配表輸入輸出橫軸左限水平步進(jìn)電機(jī)橫軸右限垂直步進(jìn)電機(jī)豎軸上限水平步進(jìn)電機(jī)換向豎軸下限垂直步進(jìn)電機(jī)換向手腕復(fù)位手腕電機(jī)正轉(zhuǎn)手腕至位手腕電機(jī)反轉(zhuǎn)底盤復(fù)位底盤電機(jī)正轉(zhuǎn)底盤至位底盤電機(jī)反轉(zhuǎn)上升手爪松開下降左移右移放松夾緊手腕順轉(zhuǎn)手腕逆轉(zhuǎn)底盤順轉(zhuǎn)底盤逆轉(zhuǎn)急停復(fù)位手動方式回原點(diǎn)方式單步方式單周期方式自動循環(huán)方式回原點(diǎn)啟

39、動信號自動控制啟動信號停止信號3.2 I/O接線圖3.3 主要硬件設(shè)備名稱及型號序號名稱型號數(shù)量1直流電機(jī)70ZYNJ 55r/min22步進(jìn)電機(jī)86BYG250ASAFRBC020223步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器SH20806 57BYG SH2H05724直流繼電器MY2NDC24V45干簧管SMEO4KLED24B26雙作用氣缸DSNU16100PA17單向截流閥GRLAM5QS6D28單電控電磁閥MEH5/21/8B19截止閥HE1/4DMINI110消音器U1/8211行程開關(guān)SMBR16612組合開關(guān)HZ1025/3113PLCFx2n64MT114計(jì)算機(jī)自定115三聯(lián)按鈕LA103H33.4

40、 主要硬件設(shè)備說明(1).步進(jìn)電機(jī)的說明步進(jìn)電機(jī)是把電脈沖轉(zhuǎn)化為直線位移與角位移的執(zhí)行元件，也就是說步電機(jī)的輸出角位移與輸入電脈沖的個(gè)數(shù)成正比。步進(jìn)電機(jī)具有良好的速度特性被廣泛用在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)動控制中。步進(jìn)電機(jī)不能直接加電源直接運(yùn)行而是通過電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)生的脈沖電壓按一定分配分式加到各控制繞組產(chǎn)生電磁過程的躍變，形成磁極旋轉(zhuǎn)，以反應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩帶動轉(zhuǎn)子作步進(jìn)式轉(zhuǎn)動。電機(jī)驅(qū)動器通常由脈沖發(fā)生器，脈沖分配器，功率放大器三部分組成。脈沖的輸入經(jīng)脈沖分配器組合成多相輪流通斷的輸出脈沖，然后經(jīng)功率放大送步進(jìn)電機(jī)。在步進(jìn)的狀態(tài)下，由于步進(jìn)率較低，電動機(jī)裝置在下一相通電并開始動作之前完全處于靜止?fàn)顟B(tài)。這樣，電機(jī)

41、便可以在無位置誤差的情況下啟動，停止，反轉(zhuǎn)。從本設(shè)計(jì)的實(shí)際考慮，本系統(tǒng)應(yīng)屬于步進(jìn)電機(jī)的的變速連續(xù)運(yùn)行應(yīng)而在電機(jī)的起停環(huán)節(jié)上可能存在一定的位置誤差，如對于要求較高的位置控制系統(tǒng)，應(yīng)采用升速到恒速，減速到停止的過程。但對于本系統(tǒng)而言，該誤差對系統(tǒng)正常動作的影響可以忽略。直接利用PLC繼電器輸出的電平信號，與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器輸入脈沖信號取邏輯與，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器輸入脈沖的有無，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。此控制模式相對于其它直接對電機(jī)進(jìn)行制動的方式，具有響應(yīng)時(shí)間短，功耗小，實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)。(2).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的說明 本設(shè)計(jì)采用了SH-20806 57BYG SH-2H057驅(qū)動器，改善了電機(jī)電流的控制

42、精度，進(jìn)一步降低了力矩的脈沖，提高了細(xì)分的精度，并且將電機(jī)的損耗降低了30%，達(dá)到了減小電機(jī)升溫的效果。并使其驅(qū)動整步步距角1.8度的兩相電機(jī)時(shí)可實(shí)現(xiàn)每步0.9度的分辨率，即400步/轉(zhuǎn)。(3).繼電器的說明 本設(shè)計(jì)的手腕和底盤的旋轉(zhuǎn)動力依靠直流電機(jī)，而繼電器在此處的應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，也就是手腕和底盤的運(yùn)行和復(fù)位的控制。通過繼電器的吸合和斷開，實(shí)現(xiàn)電壓的正負(fù)變化,達(dá)到控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)的目的。3.5 PLC控制程序 流程圖 梯形圖 指令表3.6 氣動回路圖總結(jié)轉(zhuǎn)眼之間，歷經(jīng)整整大三的下半個(gè)學(xué)期、近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，這是我們大學(xué)之中最后一個(gè)也是最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)、一個(gè)階段。畢業(yè)設(shè)計(jì)是考驗(yàn)我們大學(xué)這三年來的所學(xué)，它要求我們將大學(xué)這三年來所學(xué)到的知識能夠融會貫通、熟練應(yīng)用，并要求我們能夠理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)我們的綜合運(yùn)用能力以及解決實(shí)際問題的能力。 在這兩個(gè)月里，我不斷學(xué)習(xí)新的知識、不斷積累經(jīng)驗(yàn)并且不斷的提高。在幾位老師的悉心指導(dǎo)下，我從最初的選題開始做起，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定；對以前所學(xué)的機(jī)械、電子電工、計(jì)算機(jī)、CAD等基礎(chǔ)知識的全面綜合應(yīng)用。在此還綜合運(yùn)用了傳感器、低壓電器、可編程控制器、氣動傳動、機(jī)械制圖知識的技能，模擬進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)視與控制。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對我這三年來所學(xué)的專業(yè)知識是否踏實(shí)的檢驗(yàn)，讓我對這三