棒料搬运机械手设计

A0-机械手装配图

摘要
工业技术越来越快的发展，机械手在其中中的运用也很多，更多的让机器人工作，不仅可以节约生产成本、提高生产效率，而且还能将避免工人干更重的体力劳动，这也代表着社会的进步。
这次做的是一个四自由度搬运机械手，它的运动是一个旋转和两个伸缩、一个上下运动。该机械手主要用于搬运棒料，为了使机械手具有更广的实用性能，在使机械手结构紧凑的情况下，最大限度的让机械手有了更大的抓取范围。对于搬运机械手的总体方案设计，首先本机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成，机械手的驱动采用气压缸驱动和电机驱动两种驱动相结合的方式，然后确定其自由度数为四，之后确定了机械手的主要技术参数。对于控制部分则主要是采用PLC控制，给出了相应的梯形图、语句表和简单的流程图。
这个搬运机械手，主要搬运重量是10KG的棒料。气爪抓取棒料的直径在40mm以下。其设计主要是基于提高劳动效率、保证产品质量和减少工人劳动强度而设计的。
关键词：机械手，四自由度，气压驱动，PLC控制

Abstract
Increasingly rapid development of industrial technology, the robot applications in industry more widely, using machines instead of human labor, can not only reduce production costs, increase productivity, and workers may be freed from the heavy labor, which is manifestation of social progress.
The graduation project is a great material handling robot, four degrees of freedom, it is a rotary movement and two retractable, a down movement. The robot is mainly used to carry the bar, in order to make the robot has a wider practical performance in a compact structure of the manipulator to make the case, so that the maximum robot crawling with greater range. For the overall design of handling robot, the first of the robot mainly by hand, motion mechanism and control system composed of three parts, the robot driven by a pneumatic cylinder drives and motors driving two drive combination, and then determine its degree of freedom number Fourth, after determining the main technical parameters of the robot. For the control part is mainly controlled by PLC,It gives the corresponding ladder diagram, flowcharts, and statement list.
The design of the four degrees of freedom manipulator rod materials handling, mainly for the quality of round bar stock 1KG handling. Crawl through gripper handling to meet a diameter less than 40mm of bar stock. Its design is based on increasing labor efficiency and ensure product quality and reduce labor intensity.
Keywords: manipulator, four degrees of freedom, pneumatic drive, PLC control

目录
摘要II
Abstract III
1绪论2
1.1工业机器人的技术与发展3
1.2.1按控制形式分类4
1.2.2按用途分类4
1.2.3按驱动方式分类5
1.3本设计中棒料搬运机械手设计的意义5
1.4本设计中棒料搬运机械手实现的功能5
1.5机械手在工业生产中的应用6
1.5.1建造旋转零件体自动线方面6
1.5.2在实现单机自动化方面6
1.5.3铸、锻、焊热处理等方面6
1.6发展趋势6
2机械手的设计方案8
2.1工业机械手的组成9
2.2机械手驱动设计9
2.3规格参数10
2.4设计步骤10
3搬运机械手设计计算11
3.1机械手基座设计12
3.2滚珠丝杠的选择12
3.3轴承的选择计算13
3.4上轴承座的设计14
3.5下轴承座的计算15
3.6伸缩气缸的设计计算16
3.7手部夹紧气缸的计算19
3.8机械手底座回转电机的选择22
3.9机械手手臂升降电机的选择23
3.10气爪的结构设计25
4气动部分设计27
5控制部分设计29
5.1 PLC介绍29
5.2 PLC的组成30
5.2.1中央处理单元（CPU） 30
5.2.2电源部分30
5.2.3输入输出部分30
5.2.4存储器30
5.3 PLC的外部设备31
5.4 PLC的工作原理31
5.5 PLC的优点32
5.6 I/O分配33
5.7采用PLC控制机械手的优点33
结论34
参考文献35
致谢36

1绪论
1.1工业机器人的技术与发展
机械手是一种自动的操作装置，它能模仿人手部和臂榜的一些动作，按相关的指令进行抓放、搬运转移物料。在一些劳动条件恶劣的环境中，对人类的危害性较大的情况下，可用机械手代替人工劳动，在生产线上的机械手可代实现生产的机械化和自动化，而且能够连续工作，既能降低生产成本，又能提高生产业绩，由此机械手在生产制造业、重型机械、焊接、组装等很多领域中得到普遍应用。
手部、运动机构和机座等共同组成了机械手。手部的作用一方面可以抓放工件，另一方面是安装工具的部分，机械手有多种结构形式，由于物件的外观、材料、大小、重量以及工艺也会有不同，机械手手部可分为夹持、吸附等一些种类。机械手的运动机构可以让机械手完成多种运动动作，如手部的夹紧松放，手臂的上下缩放、升降还有转动，以让物件位置能够改变，以及相关工具的安装和使用。由工件的定位原理可知，当机械手有6个自由度完全定位时，才能实现抓取空间中任意位置上的物体，自由度的选取，是设计机械手的重要因素，自由度数目的多少，也决定了机械手功能，数目越多，其工作性能越强，其灵活性越大。一般情况下，专用机械手2个或者3个就能满足应用的要求。
美国在机器人领域应用最早，在1840年的美国国家实验室已经开发出一种搬运机器人，一家美国公司，围绕1958年，他开发了第一个机器人，机器人控制系统，与以往不同，不久之后，也就是在1962年，该公司在以前方案的基础上，已经开发了新一代的机器人，机器人手臂可以转动伸缩，驱动使用得是一个液压驱动，原机器人为机器人的发展成果的发展中起着基础作用，在这之后，有很多的机器人就是用这个作为发展的基础，而在1962年，美国一家公司已开发出了搬运机器人，这种机器人可以做到控制到一定的点，上面讲的两个机器人虽然它们存在于60年代初，但机器人发挥了重要的铺垫，从20世纪60年代末的角色之后，机器人有它有了很大的发展，而工业机器人，已被广泛应用于工业生产，而斯坦福大学和麻省理工学院，这个时候美国已经开发了配备小型计算机的机械手，它显示了一个机器人在未来还有很大的空间发展的道路，而且还具有无限的潜力是一个值得关注的行业。

A2-手臂装配图

A3-顶端板

A3-顶盖

A3-基座

A3-上气爪

A3-上轴承座

A3-下气爪

A3-下轴承座

A3-轴套