基于PLC的机械手设计.doc

基于PLC的机械手设计基于PLC的机械手设计基于PLC的机械手设计目录摘要1引言11。机械手总体方案设计21。1设计要求21.2运动形式的选择21。3驱动方式的选择41。4总体结构设计52.机械手手部设计62。1结构分析62.2计算分析63.PLC控制系统设计113.1机械手移动工件控制系统的控制要求113.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置133。3机械手移动工件控制系统的PLC程序144。动画制作184。1建立机械手模型184.2制作机械手的动画18结束语26致谢26参考文献26附录27摘要机械手设计包括机械结构设计,检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。关键词：机械手PLC动画引言随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成.工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机，广泛采用工业机器人，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。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。机械手是一种模仿人手动作,并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。控制系统是机械手的指挥系统,它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。可编程控制器（PLC）是一种数定运算操作的电子系统，它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，用指令形式存放在存储器中,并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。与继电器控制线路相比，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；设计、安装容易，维护工作量少；功能完善、通用性强；体积小、能耗低等特点.因此,机械手控制系统越平越多的由可编程控制器来实现。1.机械手总体方案设计1.1设计要求:1.机械手能够完成从一个工作点取物体旋转一定角度,放到另一个工作点上.2.要求完成手抓结构的设计，进行夹紧力的计算分析。初值给定如下:工件质量m=0。1kg摩擦系数μ=0。15重力加速度g=9.8m/s2垂直加速度a=0.3g=2。94m/s2水平加速度a=0。3g=2。94m/s2回转半径r=0。5m角速度ω＝3.5rad/s角加速度β＝2.1rad/s2安全系数S=1.45夹角φ＝45°3.要求选用PLC作为控制系统。1。2运动形式的选择：根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础.常见机器人的运动形式有四种，下面分别论述其特点，然后确定运动形式。1.直角坐标型机器人直角坐标型机器人的结构简图如图1-1所示，它在x,y，z轴上的运动是独立的，3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，它主要用于生产设备的上下料,也可用于高精度的装卸和检测和作业.这种形式的主要特点是:(1)在三个直线方向上移动,运动容易想象。（2)计算比较方便。（3）由于可以两端支撑,对于给定的结构长度，其刚性最大。（4）要求保留较大的移动空间,占用空间较大.(5）要求有较大的平面安装区域。（6）滑动部件表面的密封较困难，容易被污染.2.圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人的结构简图如图1—2所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标,其中R是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置.这种形式的主要特点是:(1）容易想象和计算。（2)能够伸入形腔式机器内部。(3）空间定位比较直观。（4）直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质.（5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。3.极坐标型机器人极坐标型机器人又称为球坐标机器人，其结构图如图1—3所示，R,θ和β为坐标系的坐标。其中θ是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。其特点是：(1）在中心支架附近的工作范