機械手畢業(yè)設(shè)計樣本

1、廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 題 目 基于PLC的 機械手系統(tǒng)設(shè)計系 別 專業(yè)班級 姓 名 學 號 年 月 日至 年 月 日 共 周指導教師簽字 _系 主 管 領(lǐng) 導 簽 字 _年_月_日摘要機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之一。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有直流流電機、步進電機、步進電機驅(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，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸步進電機，控制機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；位置信號由接近開關(guān)反饋給PLC主機，通過直流電機的正反轉(zhuǎn)來控制機械手手爪和底盤的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運機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的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞:機械手；步進電機；步進電機驅(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 機械手的設(shè)計···························&

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

8、183;································31.2.2 設(shè)計內(nèi)容···············

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

10、;····································4 設(shè)計步驟·············

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

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

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

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

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

16、#183;··5第二章 機械手的組成·············································&#

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

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············

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度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，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度，提高了工作效率。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(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)計所用機械部件有滾珠絲杠、滑軌、氣控機械抓手等。電氣方面有可編程控制器（PLC）、步進電機、步進電機驅(qū)動器、直流電機、開關(guān)電源、電磁閥、操作臺等部件?？删幊炭刂破靼l(fā)出兩路脈沖到步進電機驅(qū)動器，分別驅(qū)動橫軸、豎軸的步進電機運轉(zhuǎn)；直流電機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，由主機發(fā)出指令來實現(xiàn)對手臂的伸縮、上下、轉(zhuǎn)動位置的控制；主機發(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)計可根據(jù)工件的變化

34、及運動流的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)，具有很大的靈活性和可操作性。1.2 機械手的設(shè)計 設(shè)計目的(1).進一步加深對所學基礎(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的綜合訓練，掌握PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和實施。獲得從事科研工作的初步訓練，培養(yǎng)獨立工作、獨立思考和綜合運用已學知識解決實際問題的能力，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)計計算、工程繪圖、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、文件編輯、文字表達、文獻查閱、計算機應(yīng)用等基本工作實踐能力以及外文資料翻譯與使用能力。(4).樹立嚴謹、負責、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、善于合作等作風，培養(yǎng)創(chuàng)新意

35、識。 設(shè)計內(nèi)容PLC的選型及電動機的選擇，編制機械手PLC控制程序，設(shè)計機械手模型的電氣線路原理圖，繪制設(shè)計圖樣，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 設(shè)計依據(jù)與可行性參照已學課程：電工與電子技術(shù)、機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)實訓課程完成設(shè)計內(nèi)容，機電實訓室提供的PLC實訓場地和氣動生產(chǎn)線及機電一體化組合試驗實訓平臺能夠用于畢業(yè)設(shè)計程序的調(diào)試。 設(shè)計步驟(1).根據(jù)設(shè)計要求深入了解系統(tǒng)的基本組成、主要運動形式及工作流程。(2).進行電動機的種類及驅(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)計系統(tǒng)電氣線路。(6).綜合調(diào)試(7).撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，列出詳細的材料清單 其他說明設(shè)計方案的確定與優(yōu)化選擇可在大量查閱同類研究文獻的基礎(chǔ)上進行，各種計算、選型、設(shè)計參閱相關(guān)課程課本和文獻；設(shè)計過程中鼓勵創(chuàng)新，可在不脫離設(shè)計要求基礎(chǔ)上增加自己的創(chuàng)新設(shè)計1.3 機械手的要求與原始數(shù)據(jù) 設(shè)計要求1).機械手工作流程.機械手的初始位（原點）為左上位，開始運行后，如果機械手不在初始位置上，機械手則開始工作回初始位。.原點位置上，首先橫軸電動機工作，手臂前伸，前伸到位后，橫軸電動機停止。.手爪電動機工作帶動手爪轉(zhuǎn)動，當傳感器檢測到限位磁頭時，電機停

37、止。.手爪電磁閥動作（通電），手爪張開。.延時后，縱軸電動機工作，手臂下降，下降到位后，縱軸電動機停止。.手爪電磁閥復位，手爪夾緊（夾住物體）。.延時后，手臂上升，同時手臂縮回，底盤電動機帶動底盤轉(zhuǎn)動。.當橫軸、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。.延時后，縱軸上升復位，手臂縮回復位，底盤復位回原點，再重復下一循環(huán)。2).操作方式：自動循環(huán)、單周期、單步、手動四種。3).橫軸運動和縱軸運動為直線運動，由步進電動機驅(qū)動，由PLC發(fā)出控制脈沖控制步進電動機運轉(zhuǎn)。4).手爪和底盤運動為旋轉(zhuǎn)運動，由直流電動機驅(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)臂的運動參數(shù)：橫軸、縱軸均小于450mm，速度100mm/s。(4)手爪運動參數(shù)：旋轉(zhuǎn)角度180O。(5)底盤運動參數(shù)：旋轉(zhuǎn)角度180O。第二章 機械手的組成第三章 機械手的軟硬件設(shè)計3.1 I/O分配表輸入輸出橫軸左限水平步進電機橫軸右限垂直步進電機豎軸上限水平步進電機換向豎軸下限垂直步進電機換向手腕復位手腕電機正轉(zhuǎn)手腕至位手腕電機反轉(zhuǎn)底盤復位底盤電機正轉(zhuǎn)底盤至位底盤電機反轉(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)急停復位手動方式回原點方式單步方式單周期方式自動循環(huán)方式回原點啟

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70ZYNJ 55r/min22步進電機86BYG250ASAFRBC020223步進電機驅(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計算機自定115三聯(lián)按鈕LA103H33.4

40、 主要硬件設(shè)備說明(1).步進電機的說明步進電機是把電脈沖轉(zhuǎn)化為直線位移與角位移的執(zhí)行元件，也就是說步電機的輸出角位移與輸入電脈沖的個數(shù)成正比。步進電機具有良好的速度特性被廣泛用在工業(yè)生產(chǎn)中的運動控制中。步進電機不能直接加電源直接運行而是通過電機驅(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)子作步進式轉(zhuǎn)動。電機驅(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)功率放大送步進電機。在步進的狀態(tài)下，由于步進率較低，電動機裝置在下一相通電并開始動作之前完全處于靜止狀態(tài)。這樣，電機

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)計的實際考慮，本系統(tǒng)應(yīng)屬于步進電機的的變速連續(xù)運行應(yīng)而在電機的起停環(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，與步進電機驅(qū)動器輸入脈沖信號取邏輯與，控制步進電機驅(qū)動器輸入脈沖的有無，從而實現(xiàn)電機的運轉(zhuǎn)控制。此控制模式相對于其它直接對電機進行制動的方式，具有響應(yīng)時間短，功耗小，實現(xiàn)容易等特點。(2).步進電機驅(qū)動器的說明 本設(shè)計采用了SH-20806 57BYG SH-2H057驅(qū)動器，改善了電機電流的控制

42、精度，進一步降低了力矩的脈沖，提高了細分的精度，并且將電機的損耗降低了30%，達到了減小電機升溫的效果。并使其驅(qū)動整步步距角1.8度的兩相電機時可實現(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)計的手腕和底盤的旋轉(zhuǎn)動力依靠直流電機，而繼電器在此處的應(yīng)用就是實現(xiàn)這兩個直流電機的正反轉(zhuǎn)控制，也就是手腕和底盤的運行和復位的控制。通過繼電器的吸合和斷開，實現(xiàn)電壓的正負變化,達到控制直流電機正反轉(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)整整大三的下半個學期、近兩個月的畢業(yè)設(shè)計馬上就要結(jié)束了，這是我們大學之中最后一個也是最重要的一個設(shè)計、一個階段。畢業(yè)設(shè)計是考驗我們大學這三年來的所學，它要求我們將大學這三年來所學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)系實際，培養(yǎng)我們的綜合運用能力以及解決實際問題的能力。 在這兩個月里，我不斷學習新的知識、不斷積累經(jīng)驗并且不斷的提高。在幾位老師的悉心指導下，我從最初的選題開始做起，進行設(shè)計方案的確定；對以前所學的機械、電子電工、計算機、CAD等基礎(chǔ)知識的全面綜合應(yīng)用。在此還綜合運用了傳感器、低壓電器、可編程控制器、氣動傳動、機械制圖知識的技能，模擬進行現(xiàn)場監(jiān)視與控制。這次的畢業(yè)設(shè)計，是對我這三年來所學的專業(yè)知識是否踏實的檢驗，讓我對這三