基于西門子PLC的自動上下料機械手系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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*******本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 院 機械工程 學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 **級**班 設(shè)計題目 自動上下料機械手系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 **** 學(xué) 號 ********* 指導(dǎo)教師 ***** 職稱/學(xué)歷 講師/研究生 課題來源 生產(chǎn)實際 課題類型 設(shè)計 1. 選題背景(含國內(nèi)外相關(guān)研究綜述及評價)與意義 （1）選題背景 隨著中國科技的進(jìn)步，當(dāng)代制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的公司為了提高生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度，從而引進(jìn)了機械手技術(shù)。機械手并不單單是代替人勞動，它是一種綜合了人的特長和機器特長的一種機械電子設(shè)備。機械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，以減輕人類的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手在零部件組裝、加工工件的搬運與拆卸等制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。 目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分，由機床與機械手共同構(gòu)成柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，不僅適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，還可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置。這種系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強，當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。 （2）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 世界上第一臺機械手在1962年誕生于美國，它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。隨著科技的進(jìn)步與人們不懈努力的探索，美國又不斷地推出了數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手、Vewrsatran機械手等。起步晚于美國五、六年的日本緊追不舍，在經(jīng)歷了發(fā)展期、試用期后，日本的機械手產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，一舉成為“機械手王國”。目前國際上最著名的、具有影響力的機械手供應(yīng)商主要是美國的Adept Technologe、American Robot，日系中的安川、OTC、松下、FANUC等公司歐洲系中的德國KUKA、瑞典ABB、意大利的GOMAU及奧地利的IGM公司。 1978年以來，我國開始著手對機械手的研究。其中上海交通大學(xué)機械手研究所是我國最早從事機械手的研究機構(gòu)之一。被譽為“中國機械手之父”的蔣新松率先開展機械手研究，創(chuàng)建我國水下機械手產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過幾代人的艱苦奮斗和不懈努力，在這一領(lǐng)域我國取得了一定的成績。目前主要應(yīng)用于機械加工工業(yè)、汽車制造工業(yè)、食品加工行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)以及物流等領(lǐng)域中。今天，機械手產(chǎn)業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)星火燎原之勢，但由于國內(nèi)在機械手方面起步晚，發(fā)展比較慢，導(dǎo)致中國一直不能夠掌握制造核心制造技術(shù)，在質(zhì)量的精度上一直和發(fā)達(dá)國家存在著差距，例如伺服電動機和汽車上的減速器均采用德國和日本進(jìn)口。與國內(nèi)相比，國外電機具有密度高、發(fā)熱低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、制動性能好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器上。 （3）研究意義 本課題主要為一種自動上下料機械手系統(tǒng)設(shè)計與研究，通過對機械手各組成部分的分析和比較以及查閱文獻(xiàn)，最終設(shè)計出一種基于PLC控制的機械手，主要意義有： 1.通過對機械手的設(shè)計和研究，熟悉機械手的組成原理、運動原理，了解國內(nèi)外機械手的發(fā)展?fàn)顩r，提高實踐應(yīng)用和工作能力。如：查閱文獻(xiàn)、分析計算能力以及繪圖能力，樹立正確的設(shè)計思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計計算的能力、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 2.畢業(yè)設(shè)計旨在培養(yǎng)自己的創(chuàng)新、分析、解決及總結(jié)問題的能力；培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)技能和聯(lián)系實際生產(chǎn)的能力，最終提高解決實際問題的能力。 3.通過畢業(yè)設(shè)計，了解機械手相關(guān)方面的知識，可以對機械手有一個初步的認(rèn)識。自動化是目前國內(nèi)發(fā)展最快的工業(yè)趨勢之一，而機械手是實現(xiàn)自動化控制、工作中最重要的一個環(huán)節(jié)。因此，通過對機械手的研究能快速提高我國工業(yè)水平，實現(xiàn)更好的發(fā)展。 目前，數(shù)控機床在我國發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、智能化、綠色化已經(jīng)成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。中國作為一個制造業(yè)大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新和自主開發(fā)方面與國外同行還有很大的差距。中國應(yīng)加大改革創(chuàng)新力度，加強自主創(chuàng)新能力，加快生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度，而機械手的出現(xiàn)正是解決了普通數(shù)控機床定位不準(zhǔn)確，加工精度達(dá)不到要求等問題。因此，把機械手和數(shù)控機床組合不僅能夠加快加工速率，還能夠適應(yīng)于不同批量零件的生產(chǎn)，并且有利于節(jié)省工件輸送費用。因此，設(shè)計出自動上下料機械手具有重要意義。 2. 選題的主要任務(wù)及目標(biāo) （1）研究機械手的構(gòu)造，了解其工作原理和特點。 （2）研究自動上下料機械手的控制系統(tǒng)，選擇合適的控制方案。 （3）分析機械手在工作時候的受力情況，根據(jù)設(shè)計要求對機械手的主要零件進(jìn)行設(shè)計和計算。 （4）根據(jù)任務(wù)要求及計算結(jié)果，繪制機械手的總裝配圖以及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 3. 選題研究的主要內(nèi)容及擬解決的主要問題 （1）研究內(nèi)容 1.機械手的末端操作器作為機械手的重要部位，因此相對于其他機械手要求有高的穩(wěn)定性和定位要求。 2.選擇機械手的坐標(biāo)形式以及自由度。 3.對機械手的執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制以及檢測系統(tǒng)的設(shè)計，其中最主要的是通過對PLC輸入/輸出地址的分配、控制程序的設(shè)計進(jìn)而控制機械手，實現(xiàn)自動上下料。 4.從現(xiàn)有的資料和設(shè)備中選取機械手作為參考，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,并且了解自己設(shè)計的機械手適用的市場和人群，機構(gòu)有哪些方面的不足和優(yōu)勢，從而不斷改進(jìn)機械手的設(shè)計。 （2）擬解決的主要問題 1）擬定機械手的工作原理，選擇合適的驅(qū)動方式和控制方式。 2）根據(jù)主要的技術(shù)參數(shù)和相關(guān)的技術(shù)要求，確定其傳動方案和機械手的總計布局。 3）通過對機械手各機構(gòu)的分析和整合，使傳動、加工、檢測、控制等系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一體化，使相關(guān)部分的功能得到充分協(xié)調(diào)的發(fā)揮，做到物盡其用。 4. 主要參考文獻(xiàn)(須包括書名、作者、出版年和出版社名稱等) [1]鄧文俊.磁瓦自動生產(chǎn)線機械手系統(tǒng)的研究及開發(fā)[D].浙江理工大學(xué).2016. [2]李昌輝.自動上料機械手系統(tǒng)開發(fā)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).2009. [3]陳從平.銅電解陽極自動生產(chǎn)線上、下料機械手的設(shè)計與研究[D].昆明理工大學(xué).2002. [4]鄶紅藝.自動下料機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究[D].中北大學(xué).2017. [5]周飛.M1020無心外圓磨床自動上料機設(shè)計[D].西京學(xué)院.2016. [6]方靈峰.電芯自動上下料機械手系統(tǒng)的研發(fā)[D].浙江理工大學(xué).2016. [7]顧以進(jìn).鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).2014. [8]談業(yè)明.腳輪支架沖壓自動化生產(chǎn)線的設(shè)計開發(fā)及其實現(xiàn)[D].東南理工大學(xué). 2012. [9]黃青青.基于機器視覺的自動上料機械手運動控制[D].東華大學(xué).2015. [10]鐘雪崗.貴金屬首飾加工自動上下料機械手的研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).2015. [11]杜雪亮.基于工業(yè)PC運動控制的陶瓷制品全自動取放料機械手的研制[D].天津工業(yè)大學(xué).2012. [12]張俊.基于視覺定位的自動上下料機械手系統(tǒng)研究[D].石家莊鐵道大學(xué).2012. [13]濮良貴,陳國定,吳立言.機械設(shè)計第九版[M].高等教育出版社.2013. [14]鄧大偉.基于 PLC 控制的氣動機械手研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).2010. [15]黃晨華,毛桂生.上下料工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真研究[J].機械設(shè)計與制造. 2013(3):162-164. [16]郭洪武.淺析機械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].中國西部科技.2012(10):10-12. 5. 在規(guī)定時間段內(nèi),設(shè)計內(nèi)容進(jìn)度計劃 2017.10.21-2017.11.05 搜集圖紙及相關(guān)資料； 2017.11.06-2017.12.15 編寫文獻(xiàn)綜述，完成開題報告編制工作并上交； 2017.12.16-2018.04.10 自動上下料機械手系統(tǒng)設(shè)計初稿完成并上交； 2018.04.11-2018.04.25 自檢及完成自動上下料機械手系統(tǒng)設(shè)計終稿和圖紙終稿； 2018.04.26-2018.04.30 準(zhǔn)備答辯并完善知識空缺； 2018.05.02-2018.05.06 畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字: 年 月 日 備注:1.課題類型：論文、設(shè)計 2.課題來源分為生產(chǎn)實際、社會實際、實驗實習(xí)、科研課題和其他等。 - 3 -