工业机械手设计-机电一体化课程设计说明书.doc

河北工程大学课程设计

机电工程学院

课程设计（专业方向设计）说明书

（2014/2015学年第一学期）

课程名称：机电一体化课程设计

题目：工业机械手设计

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计周数：三周

设计成绩：

2015年12月31日

目录

TOC\o"1-3"\h\z\u第一章工业机械手综述 1

1.1工业机械手的发展概况 1

1.2工业机械手的应用 1

1.3工业机械手的组成及原理 1

第二章伸缩臂的设计方案 4

2.1设计方案论证以及确定 4

2.1.1设计参数及要求 4

2.1.2设计方案的比较论证 4

2.2机械手伸缩臂总体结构设计方案 4

2.3执行装置的设计方案 5

2.3.1滚珠丝杠的选择 5

2.3.2减速齿轮的有关计算 10

2.3.3电动机的选择 15

第三章PLC控制系统设计 18

3.1PLC的构成及工作原理 18

3.2选择PLC 18

3.3PLC外部I/O分配图 19

3.4软件设计 20

3.5硬件设计 28

总结 29

参考文献 30

PAGE31

第一章工业机械手综述

1.1工业机械手的发展概况

工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

工业机械手即工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化制造业重要的自动化装备。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

1.2工业机械手的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛广泛。

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。

广泛采用工业机械手，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。同计算机、网络技术一样，工业机械手的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。

1.3工业机械手的组成及原理

工业机械手一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测系统和人工智能系统等组成。机械系统是完成抓取工件实现所需运动的执行机构；驱动系统的作用是向执行机构提供动力，执行元件驱动源的不同，驱动系统的传动方式有液动式、气动式、电动式和机械式四种，采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便；控制系统是工业机械手的指挥系统，它控制工业机器人按规定的程序运动；检测传感系统主要检测工业机械手执行系统的运动位置、状态，并反馈给控制系统进而及时比较调整。

本次设计的工业机械手属于圆柱坐标式的液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转等三个自由度。因此相应地有手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构等组成。每一部分均用液压缸驱动与控制。下图为本次设计的机械手总平面图：

图1-1机械手总平面图

1底座、2立柱、3液压缸、4伸缩臂、5升降臂、6机械手

机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用液压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。下图为机械手的系统工作原理框图：

图1-2机械手的系统工作原理框图

第二章伸缩臂的设计方案

2.1设计方案论证以及确定

2.1.1设计参数及要求

1、伸缩长度：3