關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)【三自由度 圓柱坐標(biāo)式液壓驅(qū)動(dòng)】【三菱PLC】

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專(zhuān)業(yè)班級(jí) 05機(jī)制本（2） 學(xué) 號(hào) 0515011202 設(shè)計(jì)題目 關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 目 標(biāo) 和 要 求 （設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計(jì)進(jìn)度等） 內(nèi)容:了解關(guān)節(jié)式機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)PLC控制的有關(guān)內(nèi)容，利用PLC的梯形圖編寫(xiě)程序，掌握液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)查找資料，利用資料解決問(wèn)題。 要求： 1． 完成關(guān)節(jié)式機(jī)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(xiàn)圖； 4． 完成PLC梯形圖編程，運(yùn)行程序通過(guò)； 5． 完成相關(guān)英文翻譯一篇； 6． 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，要求字跡工整。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系 部審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě) 由所在系部審核 2-1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng) 關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 課題來(lái)源 生產(chǎn)實(shí)踐 課題類(lèi)型 AX 指導(dǎo)教師 王海濤（副教授） 學(xué)生姓名 郭嘉文 學(xué) 號(hào) 0515011202 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 05機(jī)制2班 本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 工業(yè)機(jī)械手是人類(lèi)創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類(lèi)創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下,通過(guò)"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有130多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線(xiàn)上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車(chē)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(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬(wàn)輛汽車(chē)所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車(chē)和零部件）：日本88.0臺(tái)，德國(guó)64.0臺(tái)，法國(guó)32.2臺(tái)，英國(guó)26.9臺(tái)，美國(guó)33.8臺(tái)，意大利48.0臺(tái) 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車(chē)行業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)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(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車(chē)行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 2-2 本課題的研究?jī)?nèi)容 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。 三大部分是：機(jī)械部分，傳感部分，控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，感受系統(tǒng)，機(jī)器人—環(huán)境交互系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)，控制系等等。 該機(jī)械手為機(jī)床上下料機(jī)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(dòng)作順序：加工工位等候--機(jī)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(zhuǎn)至卸料工位--手臂下降--（手腕回轉(zhuǎn)）手爪松開(kāi)工件--手臂上升--回轉(zhuǎn)至加工工位--手臂下降--手爪松開(kāi)工件--手臂上升至等待工位等候。機(jī)械手的動(dòng)作全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，PLC控制。 一、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇： 設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí),選擇哪一類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),要根據(jù)機(jī)械手的用途,作業(yè)要求,機(jī)械手的性能規(guī)范,控制功能,維護(hù)的復(fù)雜程度,運(yùn)行的功耗,性能與價(jià)格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮.在注意各類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,綜合上述各因素,充分論證其合理性,可行性,經(jīng)濟(jì)性以及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。按動(dòng)力源的不同機(jī)器人又分為:電氣驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種。液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是功率大，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)存在沖擊力大，精度難以控制等缺點(diǎn)，而電氣驅(qū)動(dòng)具有控制方便、J性能好等優(yōu)點(diǎn)。（綜合考慮本機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)） 二、機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 機(jī)械結(jié)構(gòu)是物料抓取機(jī)械手最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人賴(lài)以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體，機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局、類(lèi)型、傳動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著機(jī)器人的工作性能。 機(jī)械結(jié)構(gòu)按坐標(biāo)形式主要有直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、SCARA型和關(guān)節(jié)型等。 直角坐標(biāo)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高，三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒(méi)有禍合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是占地面積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。 球坐標(biāo)機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)機(jī)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(dòng)關(guān)節(jié)不容易防護(hù)，極坐標(biāo)型機(jī)器人也存在移動(dòng)關(guān)節(jié)不易防護(hù)的問(wèn)題，它們多用于一些特殊的作業(yè)環(huán)境。 SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向完成零件的裝配作業(yè)。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，動(dòng)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(diǎn)是進(jìn)行控制時(shí)計(jì)算量比較大，確定末端執(zhí)行部件的位姿不直觀。 針對(duì)該上下料機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用圓柱坐標(biāo)型。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四個(gè)自由度。 自由度的分布情況為：機(jī)身的升降和回轉(zhuǎn)，手臂的伸縮，手腕的回轉(zhuǎn)。 三、手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 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(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)被夾持工件是圓柱刀柄時(shí)，使用夾持式手部;當(dāng)該機(jī)械手做其他用途，被夾持工件是板料時(shí)，可使用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。（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(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．了解關(guān)節(jié)式機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法 2．械手手部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3．機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4．學(xué)習(xí)PLC控制的有關(guān)內(nèi)容，利用PLC的梯形圖編寫(xiě)程序 5．繪制零件圖和裝配圖，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份 二、設(shè)計(jì)要求： 1．完成關(guān)節(jié)式機(jī)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(xiàn)圖 4．完成PLC梯形圖編程，運(yùn)行程序通過(guò) 5．完成相關(guān)英文翻譯一篇 6．撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，要求字跡工整 本課題研究的實(shí)施方案、進(jìn)度安排 一、實(shí)施方案： 通過(guò)生產(chǎn)廠房中的實(shí)際觀察，以及利用網(wǎng)絡(luò)或圖書(shū)館參閱有關(guān)關(guān)節(jié)式上下料機(jī)械手的資料，根據(jù)已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和設(shè)計(jì)要求，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。 二、進(jìn)度安排： 1）3月20-31日，主要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作，熟悉題目，收集資料，明確研究目的和任務(wù)； 2）4月1-25日，設(shè)計(jì)方案的確定，設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸的計(jì)算和分析； 3）4月26-5月15日，繪制機(jī)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(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯； 5）5月28-6月5日，畢業(yè)答辯。 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生申請(qǐng)答辯表 課 題 名 稱(chēng) 關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 指導(dǎo)教師（職稱(chēng)） 王海濤（副教授） 申 請(qǐng) 理 由 申請(qǐng)畢業(yè) 學(xué)生所在系部 機(jī)械工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 05機(jī)制（本）2 學(xué)號(hào) 0515011202 學(xué)生簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)審表 序號(hào) 評(píng)分項(xiàng)目（理工科、管理類(lèi)） 評(píng)分項(xiàng)目(文科) 滿(mǎn)分 評(píng)分 1 工作量 外文翻譯 15 2 文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯 文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述 10 3 技術(shù)水平與實(shí)際能力 創(chuàng)新能力與學(xué)術(shù)水平 25 4 研究成果基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)知識(shí) 論證能力 25 5 文字表達(dá) 文字表達(dá) 10 6 學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評(píng) 語(yǔ) （是否同意參加答辯） 指導(dǎo)教師簽名： 另附《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)記錄冊(cè)》 年 月 日 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)審表 學(xué)生姓名 郭嘉文 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 05機(jī)制（本）2 學(xué)號(hào) 0515011202 設(shè)計(jì)（論文）題目 關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 評(píng)閱人 評(píng)閱人職稱(chēng) 序號(hào) 評(píng)分項(xiàng)目（理工科、管理類(lèi)） 評(píng)分項(xiàng)目(文科) 滿(mǎn)分 評(píng)分 1 工作量 外文翻譯 15 2 文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯 文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述 10 3 技術(shù)水平與實(shí)際能力 創(chuàng)新能力與學(xué)術(shù)水平 25 4 研究成果基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)知識(shí) 論證能力 25 5 文字表達(dá) 文字表達(dá) 10 6 學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱人簽名： 年 月 日 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯表 學(xué)生姓名 郭嘉文 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 05機(jī)制（本）2 學(xué)號(hào) 0515011202 設(shè)計(jì)（論文）題目 關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 序號(hào) 評(píng)審項(xiàng)目 指 標(biāo) 滿(mǎn)分 評(píng)分 1 報(bào)告內(nèi)容 思路清新；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價(jià)值。 40 2 報(bào)告過(guò)程 準(zhǔn)備工作充分,時(shí)間符合要求。 10 3 創(chuàng) 新 對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。 10 4 答 辯 回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確，深入。 40 總 分 100 答 辯 組 評(píng) 語(yǔ) 答辯組組長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日 答 辯 委 員 會(huì) 意 見(jiàn) 答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人（簽字）： 年 月 日 6-1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄表 學(xué)生姓名 郭嘉文 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 05機(jī)制（本）2 學(xué)號(hào) 0515011202 設(shè)計(jì)（論文）題目 關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 答辯時(shí)間 答辯地點(diǎn) 答辯委員會(huì)名單 問(wèn)題1 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題2 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題3 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 記錄人簽名 問(wèn)題4 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題5 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題6 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題7 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 問(wèn)題8 提問(wèn)人： 問(wèn)題： 回答（要點(diǎn)）： 記錄人簽名 6-2 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定總表 學(xué)生姓名： 郭 嘉 文 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 05機(jī)制（本）2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制） 成績(jī)類(lèi)別 成績(jī)?cè)u(píng)定 Ⅰ指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) Ⅱ評(píng)閱人評(píng)定成績(jī) Ⅲ答辯組評(píng)定成績(jī) 總評(píng)成績(jī) Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40% 評(píng)定等級(jí) 注：成績(jī)?cè)u(píng)定由指導(dǎo)教師、評(píng)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(píng)定等級(jí)。其中， 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)占40%，評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)占20%，答辯組評(píng)定成績(jī)占40%。