關節(jié)式自動上下料機械手設計【三自由度 圓柱坐標式液壓驅動】【三菱PLC】

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指導教師簽名： 年 月 日 系 部審 核 此表由指導教師填寫 由所在系部審核 2-1 畢業(yè)設計（論文）學生開題報告 課題名稱 關節(jié)式自動上下料機械手設計（PLC控制） 課題來源 生產(chǎn)實踐 課題類型 AX 指導教師 王海濤（副教授） 學生姓名 郭嘉文 學 號 0515011202 專業(yè)班級 05機制2班 本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設計是從二十世紀中葉開始的.我國的工業(yè)機械手是從80年代"七五"科技攻關開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關,目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設計制造技術,控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術,運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，孤焊機器人已經(jīng)應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結構。目前工業(yè)機械手仍大量應用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達國家汽車行業(yè)機械手應用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機械手數(shù)為（包括整車和零部件）：日本88.0臺，德國64.0臺，法國32.2臺，英國26.9臺，美國33.8臺，意大利48.0臺 世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉變，并且隨著電子技術的發(fā)展和科技的不斷進步，這項技術將日益完善。 上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫材料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達180mm，最大抓握重量可達30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機械手各關節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。 2-2 本課題的研究內(nèi)容 工業(yè)機器人系統(tǒng)由三大部分六個子系統(tǒng)組成。 三大部分是：機械部分，傳感部分，控制部分。六個子系統(tǒng)是：驅動系統(tǒng)，機械結構系統(tǒng)，感受系統(tǒng)，機器人—環(huán)境交互系統(tǒng)，人機交互系統(tǒng)，控制系等等。 該機械手為機床上下料機械手，圓柱體工件約30千克，要求下料之后馬上上料,一次完成上下料兩步驟。 動作順序：加工工位等候--機械手臂下降--手爪收攏夾緊已加工好的工件--手臂上升--手臂回轉至卸料工位--手臂下降--（手腕回轉）手爪松開工件--手臂上升--回轉至加工工位--手臂下降--手爪松開工件--手臂上升至等待工位等候。機械手的動作全部采用液壓驅動，PLC控制。 一、機械手驅動系統(tǒng)的選擇： 設計機械手時,選擇哪一類驅動系統(tǒng),要根據(jù)機械手的用途,作業(yè)要求,機械手的性能規(guī)范,控制功能,維護的復雜程度,運行的功耗,性能與價格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮.在注意各類驅動系統(tǒng)特點的基礎上,綜合上述各因素,充分論證其合理性,可行性,經(jīng)濟性以及可靠性后進行最終的選擇。按動力源的不同機器人又分為:電氣驅動、液壓驅動、氣動驅動三種。液壓驅動的特點是功率大，氣動驅動存在沖擊力大，精度難以控制等缺點，而電氣驅動具有控制方便、J性能好等優(yōu)點。（綜合考慮本機械手采用液壓驅動） 二、機械手結構設計： 機械結構是物料抓取機械手最終的執(zhí)行機構，是機器人賴以實現(xiàn)各種運動的實體，機械結構的布局、類型、傳動方式以及驅動系統(tǒng)的設計直接關系著機器人的工作性能。 機械結構按坐標形式主要有直角坐標型、球坐標型、圓柱坐標型、SCARA型和關節(jié)型等。 直角坐標型機器人操作臂的優(yōu)點是結構簡單、剛度高，三個關節(jié)的運動相互獨立，其間沒有禍合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運動和控制都比較簡單;缺點是占地面積大，動作范圍小，操作靈活性差。 球坐標機器人和圓柱坐標機器人占地面積小，工作空間較大，在空間中的定位也比較直觀，但是它們的移動關節(jié)不容易防護，極坐標型機器人也存在移動關節(jié)不易防護的問題，它們多用于一些特殊的作業(yè)環(huán)境。 SCARA型機器人的主要特點是結構輕便，響應快，最適用于在垂直方向完成零件的裝配作業(yè)。 關節(jié)型機器人操作臂的優(yōu)點是結構緊湊，占地面積小，動作靈活，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，工作空間大;缺點是進行控制時計算量比較大，確定末端執(zhí)行部件的位姿不直觀。 針對該上下料機械手，為了使它具有一定的操作靈活性和較好的使用性能，在結構設計上采用圓柱坐標型。整個機器人系統(tǒng)設計為四個自由度。 自由度的分布情況為：機身的升降和回轉，手臂的伸縮，手腕的回轉。 三、手部的結構設計： 手部就是與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當被夾持工件是圓柱刀柄時，使用夾持式手部;當該機械手做其他用途，被夾持工件是板料時，可使用氣流負壓式吸盤。（本課題工件為圓柱體工件，所以手部采用夾持式） 2-3 具體設計內(nèi)容和要求 一、設計內(nèi)容： 1．了解關節(jié)式機械手的基本結構和設計方法 2．械手手部結構和運動機構的結構設計 3．機械手驅動系統(tǒng)的設計 4．學習PLC控制的有關內(nèi)容，利用PLC的梯形圖編寫程序 5．繪制零件圖和裝配圖，設計說明書一份 二、設計要求： 1．完成關節(jié)式機械手的整體裝配圖 2．完成液壓系統(tǒng)原理圖 3．完成PLC外部接線圖 4．完成PLC梯形圖編程，運行程序通過 5．完成相關英文翻譯一篇 6．撰寫設計說明書，要求字跡工整 本課題研究的實施方案、進度安排 一、實施方案： 通過生產(chǎn)廠房中的實際觀察，以及利用網(wǎng)絡或圖書館參閱有關關節(jié)式上下料機械手的資料，根據(jù)已有的標準規(guī)格和設計要求，在老師的指導下進行合理的設計。 二、進度安排： 1）3月20-31日，主要進行畢業(yè)設計的準備工作，熟悉題目，收集資料，明確研究目的和任務； 2）4月1-25日，設計方案的確定，設計參數(shù)和尺寸的計算和分析； 3）4月26-5月15日，繪制機械手各部分圖紙（手爪圖、手腕圖、手臂圖和它們的組合圖）； 4）5月16-5月27日，收尾完善，編寫畢業(yè)設計論文，準備畢業(yè)設計答辯； 5）5月28-6月5日，畢業(yè)答辯。 3 畢業(yè)設計（論文）學生申請答辯表 課 題 名 稱 關節(jié)式自動上下料機械手設計（PLC控制） 指導教師（職稱） 王海濤（副教授） 申 請 理 由 申請畢業(yè) 學生所在系部 機械工程系 專業(yè)班級 05機制（本）2 學號 0515011202 學生簽名： 日期： 畢業(yè)設計（論文）指導教師評審表 序號 評分項目（理工科、管理類） 評分項目(文科) 滿分 評分 1 工作量 外文翻譯 15 2 文獻閱讀與外文翻譯 文獻閱讀與文獻綜述 10 3 技術水平與實際能力 創(chuàng)新能力與學術水平 25 4 研究成果基礎理論與專業(yè)知識 論證能力 25 5 文字表達 文字表達 10 6 學習態(tài)度與規(guī)范要求 學習態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評 語 （是否同意參加答辯） 指導教師簽名： 另附《畢業(yè)設計（論文）指導記錄冊》 年 月 日 4 畢業(yè)設計（論文）評閱人評審表 學生姓名 郭嘉文 專業(yè)班級 05機制（本）2 學號 0515011202 設計（論文）題目 關節(jié)式自動上下料機械手設計（PLC控制） 評閱人 評閱人職稱 序號 評分項目（理工科、管理類） 評分項目(文科) 滿分 評分 1 工作量 外文翻譯 15 2 文獻閱讀與外文翻譯 文獻閱讀與文獻綜述 10 3 技術水平與實際能力 創(chuàng)新能力與學術水平 25 4 研究成果基礎理論與專業(yè)知識 論證能力 25 5 文字表達 文字表達 10 6 學習態(tài)度與規(guī)范要求 學習態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評 語 評閱人簽名： 年 月 日 5 畢業(yè)設計（論文）答辯表 學生姓名 郭嘉文 專業(yè)班級 05機制（本）2 學號 0515011202 設計（論文）題目 關節(jié)式自動上下料機械手設計（PLC控制） 序號 評審項目 指 標 滿分 評分 1 報告內(nèi)容 思路清新；語言表達準確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學，分析歸納合理；結論有應用價值。 40 2 報告過程 準備工作充分,時間符合要求。 10 3 創(chuàng) 新 對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。 10 4 答 辯 回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準確，深入。 40 總 分 100 答 辯 組 評 語 答辯組組長（簽字）： 年 月 日 答 辯 委 員 會 意 見 答辯委員會負責人（簽字）： 年 月 日 6-1 畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表 學生姓名 郭嘉文 專業(yè)班級 05機制（本）2 學號 0515011202 設計（論文）題目 關節(jié)式自動上下料機械手設計（PLC控制） 答辯時間 答辯地點 答辯委員會名單 問題1 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題2 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題3 提問人： 問題： 回答（要點）： 記錄人簽名 問題4 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題5 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題6 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題7 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題8 提問人： 問題： 回答（要點）： 記錄人簽名 6-2 7 畢業(yè)設計（論文）成績評定總表 學生姓名： 郭 嘉 文 專業(yè)班級： 05機制（本）2 畢業(yè)設計（論文）題目：關節(jié)式自動上下料機械手設計（PLC控制） 成績類別 成績評定 Ⅰ指導教師評定成績 Ⅱ評閱人評定成績 Ⅲ答辯組評定成績 總評成績 Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40% 評定等級 注：成績評定由指導教師、評閱教師和答辯組分別給分(以百分記)，最后按“優(yōu)(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60以下)”評定等級。其中， 指導教師評定成績占40%，評閱人評定成績占20%，答辯組評定成績占40%。