《基于PLC的抓取PCB板机械手设计》8600字（论文） .pdf

基于PLC的抓取PCB板机械手设计

摘要：针对人手工抓取PCB板放入检测机台时，存在效率低且容易对PCB板上零件

成损件的问题，本文就昆山某公司PCB板生产线进行自动化生产改设计，来代

替PCB板的分板、贴标、检测等需人工抓取PCB工位，其检测工位和抓取工位为重点

研究对象。

本文通过公司的参数，先从机械手的结构设计入手，分别对机械手底座、机身、

臂部、手部进行了设计，然后再对运动状态进行分析处理，让它在抓取PCB板时可

以在保证完成上升、下降、抓取、释放等基本动作的同时，提高机械手在抓取PCB

板过程中的运动平稳，来保证对PCB板抓取、放置有着较高的定位精度，还要确保

其花费成本是否节省。所以，过对几种机械手抓取方案的比较，最终选取平面关节型

手臂结合真空吸附式手部，在驱动动力方面我选用步进电机为该机械手臂的动力源。

而在机械手控制方面，则选择了功能完善，适用性强，有体积小，耗能低，反应速度

快，数据处理速率高的PLC。

从初次设计完成之后，又对其进行了四次的测试与改善，以得到可以在产线得以

应用的，经济，高效，安全平稳的PCB抓取械手，减少人为损件，从而加快实现工

业生产自动化的步伐。

关键字：PCB;机械手臂；机械手部；驱动

目录

1绪论1

1.1研究背景1

1.2研究内容2

1.3机械手的概念及原理2

1.4机械手整体机构工作原理2

2总体设计方案3

2.1总体设计思路3

2.2机械手的组成4

2.3机械手的坐标形式5

部旋转，运动到定位的PCB板上方。

(2)机械手臂完成水平方向的旋转后，下降鉴直方向的机械手臂臂，使机械手

的手部部接触到PCB板。

(3)接触反馈确认接触PCB板，真空发生器工作抽取接触面空气，实现对PCB

板的抓取。

(4)鉴直方向机械手臂上升，上升到指定位置后水平方向旋转，完成对PCB板

的移动，到指定放置位置。

(6)机械手臂完成对PCB板的抓取转移后，并通过放置的驱动气缸来完成机械

手的鉴直运动。

(7)当将PCB转移至设定位置后，机械手部松开，将PCB板放入系统设置的

指定区域。

(8)机械手臂上升，上升到位后水平旋转，恢复到初始位置，至此完成一个工

作周期。

2总体设计方案

2.1总体设计思路

设计PCB抓取机械手大体上可分为两个阶段：

1、系统分析阶段

⑴根据系统设置的目标，明确所设计机械手的任务目的。

(2)分析机械手所在系统的工作环境。

(3)根据所需机械手的工作需求，确定机械手的基本功能和方案。比如机器人的

自由度、所能抓取的重量和动作精度的要求等。

2、技术设计阶段

(1)根据的条件的需求，确定好机械手臂允许的空间工作范围和自由度，选择

机械手臂的坐标形式。

(2)模拟机械手臂的空间作业图和运动路线

(3)确定驱动系统的类型；

(4)选择设计好各位置的具体结构，来完善总体设计；

(5)设计机械手臂的其他零件并且确定尺寸。

下面结合本系统分析和设计原则确定本系统的方案。

2.2机械手的组成

工业机械手是可以模仿人手的部分动作，按照指定程序和要求实现自动抓取、搬

运及操作的自动机械装置。机械手主要由以下几方面等组成，各个部分之间的相互关

系，如图1所示。

图1各部分的相互关系

1、执行机构

执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。

(1)手部通过与物件的直接接触抓取和放置物件。

(2)连接手部和手臂的中间件就是手腕，就像人的手腕一样可以调节方向使机

械手臂更灵活。

(3)对于手腕和手部的部件的支撑就是手臂，它的长度决定了工作范围。

(4)支撑手臂的部件就是立柱，它决定了手臂的升降运动的范围和回转运动。

(5)机座是机械手的基础部分，它的作用就好像盖房子的地基，机械手臂的各

个部件和驱动系统都安装在机座上，对机械手的组成起着必不可少的支撑和连接的作

用。

2、驱动系统：机械手