基于PLC控制的面粉碼垛機設(shè)計【碼垛機械手】【面粉搬運與碼垛】【含三維圖Proe及CAD圖紙】,碼垛機械手,面粉搬運與碼垛,含三維圖Proe及CAD圖紙,基于,PLC,控制,面粉,碼垛,設(shè)計,機械手,搬運,三維,Proe,CAD,圖紙 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告表 論文(設(shè)計)名稱 PLC控制的碼垛機械手設(shè)計 論文（設(shè)計） 來源 生產(chǎn)實際 論文（設(shè)計）類型 C 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 一、 研究或設(shè)計的目的和意義： 1、設(shè)計的目的：機械手（碼垛）主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。 ①執(zhí)行系統(tǒng)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于物體接觸形式的不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題采用液壓驅(qū)動，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所組成，手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起到調(diào)整和改變工件方位的作用。 手臂：支撐手腕和手臂的部件，用以改變工件的空間位置。 立柱：是支撐手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有著密切的聯(lián)系。機械手的立柱通常為固定不動的。 機座：是機械手的基礎(chǔ)部分。機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝在機座上，故起支撐和聯(lián)接的作用。 ②驅(qū)動系統(tǒng)：機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、 氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。本課題采用液壓傳動。 ③控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其是否正確。一般常見的為電器與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也不斷增多。本課題采用PLC作為控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。 2、設(shè)計的意義：在機械工業(yè)中，機械手的應(yīng)用具有非常重要的意義，具體可以概括為： ①可以減輕人體勞動力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機械手代替人進(jìn)行工作，直接體現(xiàn)了減輕人體勞動力的優(yōu)點，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)的工作，這又是機械手代替人手所具有優(yōu)勢的體現(xiàn)。因此，在自動化機床和綜合加工等自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行生產(chǎn)。 ②可以改善勞動條件，避免事故的發(fā)生 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或者有其他毒性污染以及工作空間狹小等場合中，人若直接操作對人的身體傷害是不可避免的。而應(yīng)以機械手代替人即可部分甚至全部安全地完成工作，大大改善了工人的勞動條件，同時，在一些動作簡單且重復(fù)作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 ③可以提高生產(chǎn)的自動化程度 應(yīng)用機械手于自動生產(chǎn)線上有利于材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及及其的裝配等自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 二、 研究或設(shè)計的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢： 1、 國內(nèi)外現(xiàn)狀： 機械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于噴漆、焊接、上下料及搬運。隨著技術(shù)的發(fā)展，機械手的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的延伸和擴展，比如自動生產(chǎn)線上的碼垛機械手，進(jìn)一步擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、高溫和低溫等惡劣環(huán)境中工作，代替人完成繁重，單調(diào)重復(fù)性的工作，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前機械手主要應(yīng)用在制造業(yè)中，特別是電器制造、產(chǎn)品搬運、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等領(lǐng)域。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車和自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)，可實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機械手的功能和性能不斷得到改善和提高，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。 工業(yè)機械手是在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手，它的結(jié)構(gòu)是集體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；1962年美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手，運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標(biāo)式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962年美國機械鑄造公司成功實驗了一種叫Versatran機械手，愿意是靈活搬運，可做點位或軌跡控制，該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在60年代初，但都是國外機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊等工業(yè)機械手相繼出現(xiàn)并開始在生產(chǎn)中應(yīng)用。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種Vnimation-Vic.arm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制造業(yè)從1970年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)；聯(lián)邦德國Kuka公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式機構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家，自1969年從美國引進(jìn)兩種典型的機械手后，開始大力研究機械手，目前已成為工業(yè)機械手應(yīng)用最多的國家之一；前蘇聯(lián)自60年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，主要用于機械化、自動化程度較低、繁重單調(diào)、有害健康的輔助性工作。 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)始于上世紀(jì)70年代，1972年我國第一臺工業(yè)機械手在上海問世，隨后全國各省開始研究和應(yīng)用機械手。從第七個五年計劃開始，我國政府將工業(yè)機械手的發(fā)展列入其中，并且為此項目投入大量的資金，研究開發(fā)并制造了一系列的工業(yè)機械手，有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機械手，廣州機床研究所和北京機床研究所聯(lián)合設(shè)計的點焊機械手，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機械手，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計制造的裝卸載機械手等等。這些機械手的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機器人研究所共同開發(fā)的，同時一系列機械手的關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機械手專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器等等。 我國工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應(yīng)用范圍，在應(yīng)用專業(yè)機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等?？蓪C械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的應(yīng)用要求選用不同的典型機構(gòu)，組裝成各種用途的機械手，既便于設(shè)計制造，又便于更換工件，擴大了應(yīng)用范圍。 2、發(fā)展趨勢： ①高重復(fù)精度 精度是指機械手運動達(dá)到指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手達(dá)到同一位置的精確度。重復(fù)精度比精度更突出、更重要，如果一個機械手的定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預(yù)測的，因此校正的方法是通過編程。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)的重復(fù)運行機械手來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度會越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 ②模塊化 模塊化拼裝的機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系，它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛度、高強度及精確的導(dǎo)向精度。良好的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一個機械手可能由于由于不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的由于范圍，是氣動機械手的一個重要發(fā)展方向。 智能閥島的出現(xiàn)對提高模塊化氣動機械手的性能起到了十分重要的支持作用，原因在于智能閥島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別是對機械手的移動模塊。 ③無給油化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 ④機電一體化 由可編程控制器—傳感器—氣動元件組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的主要方面。發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入到高精度的反饋控制，省陪線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線，配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 三、主要研究或設(shè)計內(nèi)容，需要解決的關(guān)鍵問題和思路： 1、主要內(nèi)容：本課題擬設(shè)計的機械手，是用于自動生產(chǎn)線上完成碼垛任務(wù)的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化要求隨時更改相關(guān)控制參數(shù)。?本設(shè)計主要完成基于PLC控制的機械手的硬件和軟件部分。設(shè)計任務(wù)主要包括：驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計。闡述機械手的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，分析各部分結(jié)構(gòu)類型的選擇及使用。機械手控制要求分析、確定輸入/輸出（I/O）設(shè)備、選擇合適的PLC、I/O點數(shù)分配和PLC程序設(shè)計。 2、解決的關(guān)鍵問題： ①考慮被抓取的對象。 根據(jù)機械手的工作要求對其相關(guān)合理性能的考慮，采用的機械手手部結(jié)構(gòu)是一直點兩個指回轉(zhuǎn)型，由于工件的形狀多為板狀型，故手指形狀設(shè)計成U型。 ②具有足夠的夾緊力。 除根據(jù)工件最大重量確定機械手的夾緊力外，還需考慮機械手在搬運或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證機械手對工件的夾緊不至于松動甚至脫落。 ③保證工件準(zhǔn)確定位。 為使工件與手指保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)工件的形狀來選擇確定手指的形狀，以便自動定心。 ④手指具有足夠的強度和剛度。 手指除受被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，因此，要求機械手要有足夠的強度和剛度防止其折斷或彎曲變形，在設(shè)計中，應(yīng)盡量使機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 3、解決思路：在已掌握基本理論知識的情況下，結(jié)合查閱、收集到的相關(guān)資料對機械手的分析，根據(jù)設(shè)計要求制定設(shè)計的總體規(guī)劃，并先后完成執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計，最后完成設(shè)計說明書和必要的圖紙。 四、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）所必須具備的工作條件及解決的辦法： 1、工作條件： ①已收集、查閱到關(guān)于機械手的技術(shù)資料以及關(guān)于機械基本理論的資料。 ②進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的主要場所是宿舍。 ③指導(dǎo)老師發(fā)下的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書。 ④擁有一臺裝有CAD軟件、Office辦公軟件等軟件的計算機。 2、解決辦法： ①消化已收集、查閱到的原始資料，整理有關(guān)機械零件設(shè)計、機械手設(shè)計、機械制圖等有關(guān)資料，供設(shè)計時使用，消化零件制件圖，了解零件的用途，分析零件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，分析工藝資料，了解所用材料性能，零件特性以及工藝參數(shù)。 ②在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，必要時，可去工廠實地參觀和咨詢，熟悉工廠有關(guān)機械手應(yīng)用的實際情況，生產(chǎn)車間自動生產(chǎn)線上的機械手的應(yīng)用情況，向車間師傅咨詢機械手的工作原理和構(gòu)造等，以便能密切聯(lián)系工廠實際，既方便又經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行設(shè)計工作。 ③根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的研究內(nèi)容和要求查閱相關(guān)專業(yè)資料，進(jìn)行總體和具體的分析，設(shè)計和計算完成該機械手的造型設(shè)計，并確定設(shè)計方案。 ④利用計算機完成機械手裝配圖、零件圖、驅(qū)動電路圖和控制電路圖，并完成設(shè)計說明書。 五、工作的主要階段、進(jìn)度與時間安排： 3月26日——4月1日：查閱、收集相關(guān)技術(shù)資料，完成開題報告。 4月2日——4月8日：據(jù)設(shè)計要求，制定總體設(shè)計規(guī)劃，擬定論文提綱。 4月9日——4月22日：執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計。 4月23日——5月6日：驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計。 5月7日——5月13日：控制要求分析。 5月14日——5月20日：控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。 5月21日——5月27日：PLC程序設(shè)計。 5月28日——6月3日：完成論文的修訂工作，制作幻燈片。 6月4日——6月10日：準(zhǔn)備答辯。 六、 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱： [1]濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2006. 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