毕业设计多自由度机械手机电系统设计课程设计.doc

机电一体化系统设计课程设计 设计题目：多自由度机械手机电系统设计 内 装： 1. 设计说明书 2. 装配图 3. 控制电路原理图 4. ……. 专 业：机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号：100205052 指导教师：叶大鹏 方兵 完成日期：2014.1.12 成 绩： 福建农林大学机电工程学院  机电一体化系统设计课程设计说明书 设计题目： 多自由度机械手机电系统设计 学 院： 金山学院 专业年级： 10机械 学 号： 学生姓名： 指导教师： 叶大鹏 方兵 2014年1月14日  一、总体方案设计 5 1.1 设计任务 5 1.2 总体方案确定 5 1.2.1机械手基本形式的选择 5 1.2.2机械手的主要部件及运动 5 1.2.3驱动机构的选择 5 1.2.4 机械手的技术参数列表 5 二、机械系统设计 6 2.1机械手手部的设计计算 6 2.1 .1手部设计基本要求 6 2.1.2 典型的手部结构 6 2.1.3机械手手抓的设计计算 6 2.1.4.机械手手抓夹持精度的分析计算 10 2.1.5弹簧的设计计算 11 2.2腕部的设计计算 13 2.2.1 腕部设计的基本要求 13 2.2.2典型的腕部结构 14 2.2.3 腕部结构和驱动机构的选择 14 2.2.4 腕部的设计计算 14 2.3臂部的设计及有关计算 17 2.3.1 臂部设计的基本要求 17 2.3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 18 2.3.3 液压缸工作压力和结构的确定 20 2.4机身的设计计算 21 2.4.1 机身的整体设计 21 2.4.2 机身回转机构的设计计算 22 2.4.3 机身升降机构的计算 25 2.4.4 轴承的选择分析 27 三、控制系统硬件电路设计 27 3.1可编程序控器的简介 27 3.2 PLC的结构，种类和分类 28 3.3 FX2n系列三菱PLC特点 29 3.4 接近开关传感器 30 3.5 I/O接口简介 31 3.6 行程开关的介绍 31 3.6.1 行程开关的概念 31 3.6.2 行程开关的作用及原理 31 3.7电路的总体设计 32 3.7.1回路的设计 32 3.7.2 系统输入/输出分布表 33 3.7.3机械手的程序设计 34 3.7.4 步进电机的运行控制 34 四、参 考 文 献 35 一、总体方案设计 1.1 设计任务 基本要求: 设计一个多自由度机械手（至少要有三个自由度）将最大重量为30Kg的工件，由车间的一条流水线搬到别一条线上； 二条流水线的距离为：1800mm； 工作节拍为：50s； 工件：最大直径为200mm 的棒料； 1.2 总体方案确定 1.2.1机械手基本形式的选择 常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标 。图1.1 是机械手搬运物品示意图。图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。图1.1 机械手基本形式示意 1.2.2机械手的主要部件及运动 在圆柱坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有5个自由度既：手抓张合；手部回转；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降5个主要运动。本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：（1）手部，采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。（2） 腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动1.2m 。（4）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。 1.2.3驱动机构的选择 驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。 1.2.4 机械手的技术参数列表 一、用途：搬运:用于传送带间搬运 二、设计技术参数: 1、抓重:30Kg (夹持式手部) 2、自由度数:5个自由度 3、座标型式:圆柱座标 4、最大工作半径:1800mm 5、手臂最大中