基于PLC的三自由度搬运机械手设计
摘要
在现代科技的发展和进步中，机械的自动化程度日益提高，如何准确、有效地完成加工和生产，成为了关键性问题。目前，仍然采用的是手工输送物料或者是输送带输送物料，但前者的工作效率较低，劳动强度较大；后者由于输送带需要另外配备特殊功率的动力源，使其与整个设备的运转不能同步，无法达到上料的要求。三个自由度机器人是自动化生产过程中的一种自动化设备。
本文介绍了三自由度搬运机器人的研制背景和意义，并通过对目前国内外的研究状况进行分析。按照生产工艺要求进行整体方案和机构结构的设计，改变了以往单手、双爪、吸腔的抓取方法，改为四爪的正手，两只手同时收紧或收缩，能满足大多数工件的外形要求。最后，按照控制系统的需求，进行了硬件的设计。主要零部件的选择，包括：电动机、气缸和PLC。并根据控制要求进行了I/O口的分配和外部接线图的设计。最后，对系统的软件进行了设计，按照状态位移图编制了相应的梯形图，对程序进行了仿真，从而实现了控制要求。
本文设计了一种三自由度的搬运机械手，利用PLC控制，手部采用正副手的形状，相比传统搬运机械手，能适用于不同的搬运对像，减少了人力和物力的浪费。
关键词：三自由度；机械手；PLC
目录
TOC\o1-3\h\z\u第一章绪论 1
1.1课题研究背景及研究目的和意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究目的及意义 1
1.2三自由度搬运机械手国内外研究现状 2
1.2.1国内研究现状 2
1.2.2国外研究现状 3
1.3研究对象和主要内容及方法 4
1.3.1研究对象 4
1.3.2研究内容及方法 5
第二章三个自由度搬运机械手的总体方案设计 6
2.1三自由度搬运机械手的工作流程 6
2.2三自由度搬运机械手结构方案设计 6
2.2.1机械结构设计要求 6
2.2.2方案选择 7
2.2.3总体设计框图 7
2.2.4搬运机械手的基本参数 8
2.2.5机械手材料的选择 8
2.3搬运机械手的控制系统设计 9
2.3.1驱动方式的选择 9
2.3.2搬运机械手的运动方式 10
2.3.3控制系统的选择 10
2.4本章小结 10
第三章三自由度搬运机械手机械结构设计 11
3.1三自由度搬运机械手的总体布局 11
3.2搬运机械手手爪设计 12
3.2.1概述 12
3.2.2手爪设计的基本要求 13
3.3搬运机械手水平和竖直移动平台设计 14
3.3.1水平移动平台的设计 14
3.4手部主轴的校核 16
3.5本章小结 20
第四章搬运机械手控制系统的设计 21
4.1PLC的选择 21
4.1.1PLC的类型选择 21
4.1.2PLC的型号选择 21
4.2电机的选择 22
4.3电机控制电路的设计 22
4.4I/O口分配和外部接线图 23
4.4.1I/O口分配 23
4.4.2外部接线图 24
4.5PLC控制面板的拟定和状态位移图的设计 25
4.5.1PLC控制面板的拟定 25
4.5.2状态位移图的设计 26
4.6梯形图编写 27
4.7程序仿真 28
4.7.1仿真软件 28
4.7.2手动程序的部分仿真 29
4.7.3仿真结果分析 30
4.8本章小结 30
第五章结论 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
课题研究背景及研究目的和意义
研究背景
随着科学技术的发展和社会经济的发展，机器人技术在过去的数十年里得到了迅猛的发展。这是机电一体化技术的最新成果，而机械手更是其中的佼佼者。在人类社会，只要是有机械的地方，都可以见到机械手。机械手的应用范围从核能、军工、医疗、农业、娱乐等多个领域，各种机器人，将会以一种令人瞠目结舌的速度，向各行各业蔓延。机器人的出现是因为人们对生产的预期水平的提高，从而提高了生产的效率。但是，机器人擅长做重复、单调、精确的工作，代替人在艰苦的环境下做不到或不愿意做的事情，所以机器人的出现，极大地解放了人们的生产力[1]。因此，机器人的发展既是人类社会发展的产物，也是人类发展的必然趋势。目前，世界上许多发达国家都在追求机械人的发展，对机械人进行了大量的研究和研究，甚至有几个国家还发明了新的、实用的机械人。比如：日本的跳舞机器人，犬型机器人，AIBO；英国开发了一种“手推车”和一种