毕业设计（论文）
题 目:机械手的P L C控制
专 业:机电一体化
班 级:
学 号:
姓 名:
指导老师:
成都电子机械高等专科学校
二〇〇七年六月
摘要
机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由P L C输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给P L C主机；位置信号由接近开关反馈给P L C 主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。
目 录
摘要 (1)
ABSTRACT ................................................................................................... 错误!未定义书签。引言 . (3)
第一章机械手机械结构 (4)
1．1传动机构 (4)
1．2机械手夹持器和机座的结构 (5)
第二章可编程控制PLC (7)
2．1 PLC简介 (7)
2．2 PLC内部原理 (9)
A.系统程序存储区 (10)
B.系统R A M存储区 (10)
C．用户程序存储区 (10)
2．3 PLC的工作原理 (11)
2．4 PLC机型的选择方法 (14)
2．6 机械手PLC选择及参数 (16)
第三章三相异步电动机的工作原理及结构 (18)
3．1 三相异步电动机的结构 (18)
3．2 三相交流电机工作原理 (22)
3．3 三相电动机的转动原理 (24)
3．3 机械手电机的选用 (28)
第四章变频器 (28)
4.1变频器的构成 (29)
4.2 变频器的分类和控制方式 (33)
4.3 FR-A540变频器 (36)
第五章机械手PLC控制系统设计 (39)
5．1 机械手的工艺过程 (39)
5．2 PLC控制系统 (41)
致答谢词 (48)
参考文献 (49)
引言
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。
本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的F X2N系列P L C，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。
由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。
第一章机械手机械结构
1．1 传动机构
1．螺旋机构
螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成，其主要功能是将转动变换为直线运动，并同时传递运动和动力，按螺旋副中的摩擦性质，螺旋机构可以分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构两种类型。按用途可以分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。
螺旋机构具有结构简单，制造方便，传动平稳，无噪声易于自锁等优点。
2.滑动螺旋机构
螺旋副内为滑动摩擦的的螺旋机构，称为滑动螺旋机构。滑动螺旋机构所用的螺纹为传动性能好，效率高的矩形、梯形和锯齿形螺纹。
滑动螺旋机构由螺母和螺杆组成。根据机构的组成及运动方式，滑动螺旋机构又分为以下两种。
（1）．由螺母和螺杆组成的滑动螺旋机构，螺母与机架固联，螺杆转动并移动（如图1-1b所示），这种螺旋机构以传递动力为主，故又称传力螺旋机构。一般要求用较小的转矩产生较大的轴向力，多用在工作时间短，速度较低的场合。 （2）．由螺母、螺杆和机架组成的滑动螺旋机构，如图1-1a所示，螺杆转动，螺母移动，这种螺旋机构以传递运动为主，故又称为传导螺旋机构。
本文所介绍的机械手的竖轴就是用的传导螺旋机构。这种传动形式结构紧凑，刚度较大，传动效率高，精度高。
（a）螺杆转动，螺母移动 (b)螺母固定，螺杆转动并移动
图1-1
3．滚动螺旋机构
螺旋副内为滚动摩擦的螺旋机构，称为滚动螺旋机构或滚珠丝杠。其机构特点是在螺杆和螺母之间设有封闭循环滚道，并在其间放如刚球，当螺杆转动时，刚球沿螺旋滚道滚动并带动螺母作直线运动。按循环方式的不同，分为外循环和内循环两种形式。
滚珠始终在循环过程中始终与螺杆保持接触的
循环叫内循环。滚珠在返回时与螺杆脱离接触的
循环叫外循环（如图1-2所示）。外循环螺母只
需设置一个反向器，当滚珠进入反向器时，就被
阻止而转弯，从返回通道回到滚道的另一端，形
成一个循环回路。
机械手的横向运动采用的便是滚动螺旋传动。滚
动螺旋机构摩擦阻力小，动作灵敏度高，传动效
率高，可达90%以上。用调整的方法可消除间
隙，传动精度高。
图1-2
1．2机械手夹持器和机座的结构
1．机械手夹持器
机械手的机械夹持器多为双指手抓式，按其手抓的运动方式可分为平移型和回转型。回转型手抓有可分为单支点和双支点回转型，按夹持方式可以分为外夹式和内撑式。按驱动方式可以电动、液压和气动三种。
回转型夹持器结构较简单，但当所夹持的工
件直径有变动时，将引起工件轴心的偏移。对平
移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位
置。但其机械机构繁杂，体积大，制造精度要求
高。所以当设计机械手夹持器的时候，在满足工
件的定位精度要求的条件下，尽可能的采用结构
比较简单回转型夹持器。
本文设计的机械手采用的是楔槽杠杆式回
转型夹持器。如右图所示，装在杆上端的滚子3
和楔块之间为滚动接触。当电机带动连杆前进
时，通过楔块4的斜面和杠杆1，使两个手抓产
生加紧动作和加紧力。当楔块后移时，靠弹簧的
拉力使手指松开。这种末端执行器由于楔块和滚
子之间为滚动接触，摩擦力小，活动灵活，且机构简单。
2．机座
机座是机械手的支撑部件，机座承受机械手的全部重量和工作载荷，所以机座应有足够的强度、刚度和承载能力。另外机座还要求有足够大的安装基面，以保证机械手工作时的稳定行。
如图1-3所示，机械手采用普通轴承作为支撑元件的机座支撑结构。这种结构有制造简单、成本低、安装调整方便等优点。图中电动机3经减速器4、主动小齿轮5、中间齿轮6、大齿轮7驱动丝杆2旋转，从而驱动升降台上下运动。整个机座安装在基座8上。
第二章可编程控制PLC
2．1 PLC简介
自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（P r o g r a m m a b l e L o g i c C o n t r o l l e r，P L C）取代传统继电器控制装置以来，P L C得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，P L C的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，P L C在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的P L C不再局限于逻辑
控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
作为离散控的制的首选产品，P L C在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的P L C年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和P L C市场容量基数的不断扩大，近年来P L C在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家P L C的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球P L C的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。
P L C是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的P L C 只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入P L C的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。P L C的C P U内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为E N D指令），然后再返回起始步循环运算。P L C每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的P L C，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。P L C用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型P L C使用另外一个C P U来完成模拟量的运算。把计算结果送给P L C的控制器。
相同I/O点数的系统，用P L C比用D C S，其成本要低一些（大约能省40%左右）。P L C没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比D C S要低很多。一个P L C的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用P L C较为合适。P L C 由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。
近10年来，随着P L C价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用P L C进行控制，P L C在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内P L C在我国仍将保持高速增长势头。
通用P L C应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但P L C相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用P L C或定制P L C取代嵌入式控制器
2．2 PLC内部原理
P L C实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一 的。如图2.1所示， P L C硬件的基本结构图所示：
图2-1P L C硬件的基本结构图
（1）中央处理单元（C P U）
中央处理单元（C P U）是P L C的控制中枢。它按照P L C系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。当P L C投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。
（2）存储器
与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。才能构成一台完整的P L C。P L C的软件分为两部分:系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
P L C存储空间的分配：虽然大、中、小型 P L C的C P U的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据P L C的工作原理， 其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统R A M存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。
A.系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在E P R O M中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该P L C的各项功能。
B.系统R A M存储区
系统R A M存储区包括I/O映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。
（A）I/O映象区
由于P L C投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储单元（R A M）以供存放I/O的状态和数据，这些存储单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（b i t）,一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个b i t)。因此，整个I/O映象区可看作由开关量的I/O 映象区和模拟量的I/O映象区两部分组成。
（B）系统软设备存储区
除了I/O映象区以外，系统 R A M存储区还包括P L C内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在P L C断电时，由内部的锂电子供电。使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当P L C 停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部置“零”。
C．用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的P L C其存储容量各不相同，一般来说，随着P L C机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的P L C，其存储容量可根据用户的需要而改变。
D．常用的I/O分类
常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220V A C、110V A C、24V D C，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20m A,0-20m A）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12b i t,14b i t,16b i t等。
除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受C P U 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
（3）P L C电源
P L C电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的P L C，还是中、大型的P L C，其电源的性能都是一样的，均能对P L C内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10%（15%）之间，因此可以直接将P L C接入到交流电网上去。
可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源。驱动现场执行机构的电源一般由用户提供。
可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出
继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继
电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。
2．3 PLC的工作原理
可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（R U N）状态与停止（S T O P）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机 或切换到S T O P工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可如上图编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。
在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查C P U模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。
在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（S T O P）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制起处于（R U N）状态时，还要完成另外3个阶段的操作。
在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开（O N/O F F）状态读入输入寄存器。
外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态 也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，C P U从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。
在输出处理阶段，C P U将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。体型图某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离 和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。
若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时，称该编程元件为O N，映像寄存器为“0”状态时，称该编程元件为O F F。 扫描周期可编程序控制器在R U N工作状态时，执行一次图2.5.1a所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1~100m s。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和C P U执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图2.1c所示。
图2.1c P L C的扫描运行方式
（1）输入采样阶段
在输入采样阶段，P L C以扫描方式依次读入所有的数据和状态它
们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，P L C的C P U总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统R A M存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能
指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。
（3）输出刷新阶段
在输出刷新阶段，C P U按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是P L C真正的输出。
(4)输入/输出滞后时间
输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。
输入模块的C P U滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作是产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10m s左右。
输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10m s左右；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1m s，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10m s；晶体管型输出电路的滞后时间约为1m s。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十m s，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入—输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。
2．4 PLC机型的选择方法
1．P L C的类型
P L C按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按C P U字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型P L C的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型P L C提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
2．输入输出模块的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O 机架等。
3.电源的选择
P L C的供电电源，除了引进设备时同时引进P L C应根据产品说明书要求设计和选用外，一般P L C的供电电源应设计选用220V A C电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果P L C本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入P L C，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
4.存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求P L C的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。
5.冗余功能的选择
a．控制单元的冗余
（1）重要的过程单元：C P U（包括存储器）及电源均应1B1冗余。
（2）在需要时也可选用P L C硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。
b． I/O接口单元的冗余
（1）控制回路的多点I/O卡应冗余配置。
（2）重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。
6.经济性的考虑
选择P L C时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对C P U选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
2．6 机械手PLC选择及参数
综合上述原则机械手控制系统主机为三菱的F X2N-48M R。
1.主要技术数据如下：
工作电源：24V D C
输入点数：24
输出点数：24
输入信号类型：直流或开关量
输入电流：24V D C5m A
模拟输入：-10V～10V（-20m A～+20m A）
输出晶体管允许电流0.3A/点（1.2A/C O M）
输出电压规格：30V D C
最大负载：9W
输出反应时间：O f f→O n20μs O n→O f f30μs
基本指令执行时间：数个μs
程序语言：指令+梯形图+S F C
程序容量：3792S T E P S
基本顺序指令：32个（含步进梯形指令）
应用指令：100种
初始步进点：S0～S9
一般步进点：118点，S10～S127
辅助继电器：一般用512+232点（M000～M511+M768～M999）
停电保持用256点（M512～M767）
特殊用280点（M1000～M1279）
定时器：100m s时基64点（T0～T63）
10m s时基63点（T64～T126，M1028为O N时）
1m s时基1点（T127）
计数器：一般用112点（C000～C111，16位计数器）
停电保持用16点（C112～C127，16位计数器）
高速用13点1相5k H z，2相2k H z（C235～C254，全部为停电保持32位计数器）
数据寄存器：一般用408点（D000～D407）
停电保持用192点（D408～D599）
特殊用144点（D1000～D1143）
指针/中断：P64点；I4点（P0～P63/I001、I101、I201、I301）
串联通信口：程序写入/读出通讯口：R S232
一般功能通讯口：R S485
主机电源220V A C
2.P L C主机的组成
1、输入单元
输入单元由8个按扭、8个开关和16个接插件组成，它们分别与P L C的16个输入点相接。改变这些开关或按扭的通断状态，即可对主机输入所需要的开关量。16个接插件可外接其它直流或开关量输入信号。
2、输出单元
输出单元由24个二极管和24个接插件组成，它们分别与P L C的24个输出点相连。发光二极管是否发光，即可表示输出点的状态，使用者可得到主机的输出信息。24个输出接插件可外接其它需要控制的设备。输出单元的4个地端，分别引出到面板，其中只有C4与3V电源共地。
3、电源单元
P L C主机左边有外接220V/A V的电源插座，作为P L C的工作电源。内装变压器，输出3V电源，供二极管使用。另外P L C的24V D C和24G N D已引出到面板，供外接输入器件（如传感器）的工作电源用
第三章三相异步电动机的工作原理及结构
3．1 三相异步电动机的结构
三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图3-11所示。
图3-1封闭式三相笼型异步电动机结构图
1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；
7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇 1．定子部分
定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。
（1）外壳
三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。
机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。
端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子
能够在定子中均匀地旋转。
轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移
动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。
接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。
吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。
（2）定子铁心
异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35m m ～0.5m m 厚表面
涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图3-2所示。由于硅钢片较薄而且片与片之
间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有
均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。
（a ）定子铁心 （b ）定子冲片
图3-2 定子铁心及冲片示意图
（3）定子绕组
定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三
相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每
个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆
包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制
后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒
上，首端分别标为U 1, V 1, W 1 ，末端分别标为U 2, V 2, W 2
。这六个出线端在接线
本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称自动抓取机构结构设计 系别机械设计制造及其自动化 专业班机制六班 姓名刘建标 评分 导师（签名） 2014年1月3日 中国地质大学长城学院
毕业设计（论文）开题报告撰写要求： 1．开题报告的主要内容 1）所选课题国内、外研究及发展状况 2）课题研究的目的和意义； 3）课题研究的主要内容、难点及关键技术； 4）研究方法及技术途径； 5）实施计划。 2．主要参考文献：不少于3篇。 3．开题报告的字数不少于1500字，格式按《华中科技大学武昌分校专科毕业设计（论文）撰写规范》的要求撰写。 4．开题报告单独装订，本附件为封面。
华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告 学生姓名许佳虎学号20092811080专业班级机械制造及其自动 化0902 系别自动化指导教师孙立鹏/王姣职称教授/助教课题名称串联型五自由度机械手的结构设计 1.目的及意义： 1.1工业机械手设计的意义 1、熟悉机械手的应用场合及有关机械手设计的步骤； 2、机械手可以提高生产过程中的自动化程度，减轻人力，便于有节奏的生产； 3、结合机械手设计这方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题、研究问题、解决问题。 1.2国外的机械情况 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。 美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前CCMT2006展览会上，值得一机器人应用是当今机床发展的一大趋向提的是1号馆W1-916意大利意沃乐EVOLUT公司，这个欧洲最大的机器人应用与集成公司，他们的一
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析
第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢
第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： ： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日
第1章前言 1.1工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很
液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。
理工学院毕业设计(论文)开题报告 题目：铣床自动上下料点位控制机械手的设计 学生姓名：韩抟彬学号： 10L0551370 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：陈继荣 2014年3月31日
毕业设计开题报告 摘要； 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 1．课题研究的目的和意义 1.1本课题的意义 机械手又名工业机器人，是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的
本科毕业论文 题目：三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 学院：机械工程学院 专业：机械制造（辅修） 年级：2009 姓名：李介博 指导教师：赵华洋 完成日期：2012.04.03
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 摘要：在工业上，随着自动控制系统广泛的应用，工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等高科技技术也得到了长足的发展。其中工业机器人是相对较新的电子设备，它综合应用了机械电子自动控制等先进技术以及物理生物等学科的基础知识，因而能实现机械化与自动化的有机结合而广泛应用与工业生产的各个部门，逐步的改变现代化工业面貌。 工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用在自动加工线和柔性制造系统中传递和装卸的工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。 本设计为三自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。在控制器的作用下，它可执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。 关键词：三自由度；圆柱坐标；工业机器人；自动化
Three degrees of freedom cylindrical coordinate industrial robot design Abstract: In industry, along with the automatic control system of a wide range of applications, industrial automation machine control, computer systems, robots and other high-tech technology are also got rapid progress. Including industrial robot is relatively new electronic equipment, it comprehensive application of mechanical and electronic automatic control and other advanced technology and physics biological sciences foundation knowledge, and can therefore realize mechanization and automation organically and is widely used in industrial production of various sectors, gradually change modern industrial outlook. Industrial robot is a body independent of freedom movements, the program can be more flexible changes, can arbitrary positioning, high automation automatic operate machinery. Mainly used in automatic processing lines and flexible manufacturing system transfer and loading and unloading work piece or fixture. Industrial robot arm with rigid high for the subject than people, can have faster movement speed, can carry more weight, and positioning accuracy quite high, and it may, according to the signals, automatic external to operate. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current control only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple tasks. This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work. Key words: three degrees of freedom; cylindrical; industrial robot; automation
目录 1 引言--------------------------------------------------6 1.1 机械手的概述-------------------------------------6 1.2 机械手的组成-------------------------------------6 1.3 机械手的分类-------------------------------------8 2 设计要求--------------------------------------------- 10 3 系统硬件设计----------------------------------------- 12 3.1 单片机核心模块----------------------------------13 3.2 键盘模块----------------------------------------13 3.3 计数系统模块------------------------------------14 3.4 电磁阀模块--------------------------------------14 3.5 显示模块----------------------------------------14 3.6 外围驱动模块------------------------------------16 4 软件系统设计----------------------------------------- 21 4.1 流程图------------------------------------------21 4.2 源程序------------------------------------------22 5 整机电路图------------------------------------------- 35 5.1 原理图------------------------------------------35
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
机械手毕业设计 篇一：机械手毕业设计 目录 摘要 ................................................ . (2) ABSTRACT .......................................... (3) 第一章绪论 ................................................ . (4) 1.1机械手的概述 ................................................ ................................................... (4) .............................................. . (4) .............................................. . (4) 1.2 气动机械手的发
展................................................. . (6) 第二章机械手总体方案的设计 (7) 2.1机械手的工作过程及控制要求 ................................................ (7) 2.1.1 机械手的基本结构 ................................................ (7) .............................................. (9) 2.2 机械手的方案设计及其主要参数................................................. (10) .............................................. .. (10) 2.2.2 机械手的驱动方案设计 ................................................ . (11) 2.2.3 机械手的控制方案设
1.绪论 1.1工业机械手设计的意义 1、熟悉机械手的应用场合及有关机械手设计的步骤； 2、机械手可以提高生产过程中的自动化程度，减轻人力，便于有节奏的生产； 3、结合机械手设计这方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题、研究问题、解决问题。 1.2国外的机械情况 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Uni-mate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Uni-mate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Uni-mate 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。 美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Uni-mate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前
毕业设计（论文）说明书 设计题目：送料机械手 系部：机械工程系 专业：机电一体化 班级： 08机电（1）班 姓名：何沙沙学号： G082308 指导教师：黄晓萍 年月
目录 摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (1) 1.1毕业设计目的 (1) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章机身机座的结构设计 (4) 2.1电机的选择 (4) 2.2减速器的选择 (6) 2.3螺柱的设计与校核 (6) 第三章液压系统原理设计及草图 (7) 3.1手部抓取缸 (7) 3.2腕部摆动液压回路 (8) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (10) 3.4总体系统图 (11) 第四章抓取机构............................................................................ (12) 4.1手部设计计算 (12) 4.2 腕部设计计算 (15) 4.3臂伸缩机构设计 (17) 第五章机械手的定位与平稳性 (20) 5.1常用的定位方式 (20) 5.2影响平稳性和定位精度的因素 (20) 5.3机械手运动的缓冲装置 (21) 第六章机械手的控制 (22) 第七章机械手的组成与分类 (23) 7.1机械手组成 (23) 7.2机械手分类 (24) 参考资料 (26)
送料机械手设计 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 第一章机械手设计任务书 1.1毕业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力， 拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的 一般程序规范和方法。
机械手设计毕业论文 Hessen was revised in January 2021
摘要 本设计为冲床上料机械手设计。基本参数为：升降行程135mm，手臂回转角度为105°。此机械手能以34次 /分的频率，传送重公斤重的硒钢片。 该机械手采用气压传动方式驱动，气缸最大压力为，为提高气缸活塞密封的可靠性，活塞采用2个O型环密封。机械手的的抓取部分为吸附式，采用2个型号为ZP16UN的真空吸盘，吸盘提升力由真空泵提供。机械手工作时，气缸推动活塞杆作升降运动。活塞杆的中部装有一个深沟球轴承，当活塞杆上下运动时，轴承沿导向筒上的螺旋槽移动。活塞轴与手臂相连，当活塞轴作上升运动时，带动装有真空吸盘的吸附式手臂作边上升边回转的复合运动，将被冲压件送到冲床上；当活塞轴作下降运动时，带动装有真空吸盘的吸附式手臂作边下降边回转的复合运动，使机械手回到初始状态，完成一个上料循环。 关键词：冲床机械手气压传动
Abstract ［单击此处键入英文摘要，内容应当与中文摘要相同］KeyWords：冲床机械手气压传动
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1 工业机械手的发展概况 工业机械手定义 机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。 工业机械手发展概况 工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。影响我国机械
工业机械手毕业设计论 文 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动 ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each