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)計文獻綜述 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 *** 文獻綜述完成日期 ******* 一、前言 機械手技術(shù)是近年來發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，它主要是以微電子技術(shù)為主導(dǎo)的多種新興技術(shù)與機械技術(shù)融合而成的一種綜合性的高科技技術(shù)。這一技術(shù)不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)的制造業(yè)，如：采礦、化工、冶金等領(lǐng)域，目前已經(jīng)擴大到國防、航天、醫(yī)療、家庭、辦公自動化等領(lǐng)域中。 機械手是由操作機、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的自動化生成設(shè)備，特別適用于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機械手不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且對于產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代具有十分重要的意義。 二、主題 根據(jù)文獻[1-5]了解到，1956 年，戴沃爾發(fā)明了世界上第一臺機械手Unimate，該機械手被首次應(yīng)用于通用汽車的裝配生產(chǎn)線上。1969 年，Victor Scheinman設(shè)計了Stanford機械手，用于復(fù)雜的加工、切割、噴涂、裝配及焊接作業(yè)。1973 年，KUKA Robotics制造了世界上第一臺6自由度機械手Famulus，并使用電機作為其驅(qū)動器。隨著軟硬件性能的發(fā)展，機械手逐步往高度、重載、智能、精密等方向發(fā)展。 70 年代初，中國進入了機械手技術(shù)的萌芽期，當(dāng)時主要以引進國外先進技術(shù)代替部分勞動力為主；進入 80 年代，誕生了一批如上海 ABB、沈陽新松等機械手企業(yè)，為我國機械手技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；進入 90 年代，如青島歐地希、上海柯馬汽車設(shè)備等公司均研發(fā)了面向用戶需求的機械手。而在進入 21 世紀(jì)，特別是2010年以后，國內(nèi)機械手越發(fā)趨向于智能化。由于國家的支持及各制造業(yè)公司對自動化生產(chǎn)線的強烈需求，許多傳統(tǒng)機械集團也明確了機械手在中國發(fā)展的潛力，并紛紛轉(zhuǎn)向?qū)C械手技術(shù)的研究和開發(fā)。歷經(jīng) 50 多年的發(fā)展，國內(nèi)機械手已趨向于“井噴”狀態(tài)，目前較出名的除了新松、歐地希等老牌企業(yè)，還有科沃斯電器、阿亦睿、北京拓博爾、西安超人等智能機械手研發(fā)公司。而一些中小型非標(biāo)準(zhǔn)自動化公司更是如雨后春筍般進入國內(nèi)機械手市場。 通過對文獻[5-9]的閱讀，發(fā)現(xiàn)目前機械手多用于工業(yè)行業(yè)，通過機械手與機床、數(shù)控中心的有機結(jié)合，代替工人工作，從而減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率，目前主要應(yīng)用于工業(yè)自動化、流水線、機械廠、汽車廠、電子廠等。機械手主要由手爪、手臂、腰座等組成。手爪是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求可分為夾持型、托持型和吸附型，通過手爪的各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動，改變被抓持物件的位置和姿勢。 通過文獻[9-11]了解到，目前的機械手可分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置，能夠根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，完成各項規(guī)定工作。第二類是需要人工操作的，稱為操作機，它主要應(yīng)用于原子、軍事工業(yè)，前期通過操作機完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機械手來進行探測月球、火星。第三類是專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用于解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的。 根據(jù)文獻[12-15]了解到，目前的機械手主要是采用液壓控制、伺服電機實現(xiàn)其定位。液壓機械手的運動速度和操作力是由油的流量與壓力來確定，因而只要控制油的流量和壓力，就可以控制機械手的運動速度和操作力，油壓壓力一般在5-140公斤/厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá)160公斤以上。這類機械手的有優(yōu)點有： 1)液壓執(zhí)行元件(馬達(dá)和油缸)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。2) 可通過液壓油帶走大量熱能，保證機械的正常運行，并由于液壓油的潤滑作用，可延長元件的使用壽命。3)響應(yīng)速度比較快，能高速啟動，無后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也較大，因而其加速度能力較強；缺點是：1）液壓控制需要一套液壓系統(tǒng)，而且價格較貴。2) 油溫有上限，并難以保持不漏，比較臟，易于使閥和執(zhí)行元件堵塞。 近年來，可編程序控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越迅速。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。綜上，PLC具有實用性強、維護方便、容易改造、體積小、重量輕等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。 三、總結(jié) 通過查閱一系列文獻發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機械手在機械配合的使用過程中存在定位不準(zhǔn)確、生產(chǎn)精度低等問題，針對這一問題，結(jié)合國內(nèi)外機械手的現(xiàn)狀，做到機械手的合理化、規(guī)范化、低成本化，設(shè)計一種自動上下料機械手系統(tǒng)設(shè)計。 目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，這樣不僅勞動強度大，且生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)于自動化生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用機械手技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。 本機械手主要采用PLC電氣控制與數(shù)控車床（數(shù)控銑床，加工中心等）組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化以及準(zhǔn)確定位。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。本設(shè)計能夠應(yīng)用到加工工廠車間，滿足數(shù)控機床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動強度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 參考文獻（12—15篇） [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.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]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. [14]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. [15]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. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日 - 3 -