本科毕业论文---多关节型自动焊接机械手设计.doc
《本科毕业论文---多关节型自动焊接机械手设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《本科毕业论文---多关节型自动焊接机械手设计.doc(71页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、本科毕业论文(设计)论文(设计)题目:多关节型自动焊接机械手设计学 院: 机械工程学院 专 业:机械设计制造及其自动化 班 级: 机自103班 学 号: 1008030218 学生姓名: 幸贵武 指导教师: 赵丽梅 2014年 6 月 5 日贵州大学本科毕业论文(设计)贵州大学本科毕业论文(设计) 诚信责任书本人郑重声明:本人所呈交的毕业论文(设计),是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文(设计)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。特此声明。论文(设计)作者签名: 日 期: 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 58 页目 录摘 要IAbstract .I第一
2、章 前 言11.1 机械手简介11.2 机械手的分类11.3 研究背景、国内外现状及发展趋势21.3.1 研究背景21.3.2 研究的国内外现状31.3.3 机械手的发展趋势41.4 本设计的目的和意义61.4.1 设计目的61.4.2 设计意义61.5 本设计的内容和思路71.5.1 设计内容71.5.2 设计思想7第二章 多关节型自动焊接机械手总体方案设计92.1 概述92.2 多关节型自动焊接机械手总体结构类型92.3 多关节型自动焊接机械手主要组成102.4 基本技术参数设计13第三章 多关节型自动焊接机械手机械结构设计153.1 机座的设计153.1.1 机座电动机的选择153.1.
3、2 机座谐波传动减速器的选择173.2 立柱的设计203.2.1 立柱的工作方式203.2.2 立柱的材料选择203.2.3 弯扭合成强度校核立柱的强度213.2.4 立柱轴承的选择213.3 大臂的设计223.3.1 大臂的工作方式223.3.2 大臂电动机的选择233.3.3 大臂谐波传动减速器的选择253.3.4 大臂轴承的选择263.4 小臂的设计273.4.1 小臂的工作方式273.4.2 小臂电动机的选择283.4.3 小臂上谐波传动减速器的设计293.4.4 小臂轴承的选择303.5 手部设计31第四章 多关节型自动焊接机械手驱动系统设计334.1 步进电机介绍334.2 步进电
4、动机驱动器354.3 驱动器的选择35第五章 多关节型自动焊接机械手控制系统设计385.1 机械手的工作流程分析385.1.1 机械手的工作流程385.1.2 机械手的工作方式395.2 控制系统的选择395.3 PLC简介405.3.1 PLC概述405.3.2 PLC的特点415.3.3 PLC的分类415.3.4 PLC系统的组成与原理425.3.5 PLC的工作方式435.4 PLC的选择及I/O口分配445.4.1 PLC的选型方法445.4.2 I/O点数的确定455.4.3 选择PLC455.4.4 I/O口的分配495.4.5 操作面板的设计505.5 PLC外部接线图515.
5、6 PLC程序设计525.6.1 手动程序设计525.6.2 自动程序设计54第六章 结 论56参考文献57致 谢58附 录59多关节型自动焊接机械手设计摘 要工业机械手是一种能模仿人手部和臂部的某些动作,按照固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置,它可代替人的繁重劳动用来实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因此广泛应用于机械制造、焊接、电子、冶金、轻工和原子能等部门。本文所设计的机械手为多关节型自动焊接机械手,动作灵活多样,适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产,广泛应用于柔性自动生产线。它采用PLC控制,是一种按照预先设定的程序进行工件焊接的自动化装置,
6、可部分代替人在高温和危险的作业区进行单调持久的作业,并可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数。本设计主要对焊接机械手的执行系统即机械结构、驱动系统和PLC控制系统三大部分进行设计。机械结构部分主要包括机座、立柱、手臂和手部的设计,机械结构采用关节型,它具有3个自由度即立柱、大臂、小臂回转。其中含有电机、谐波减速器和轴承等的选择及校核。驱动部分主要对驱动器进行选择。控制部分包括PLC的简介、特点、分类等的介绍,根据实现要求确定输入输出点,选择合适的PLC,设计工作流程、程序等,且安有相应的安全保护措施即限位开关。本设计采用电力驱动,通过PLC对各个步进电机的方向、速度进行精确控制从而达到控制焊
7、接机械手在空间运动以及焊接工件的目的。通过对焊接机械手各个部分详细的设计,可以对机械手有一个系统的认识,也为以后设计较复杂的机械手打下坚实的基础。关键词:焊接机械手,电动机,谐波减速器,轴承,驱动器,PLC控制 Design of polyarticular automatic welding manipulatorAbstract An industrial manipulator is able to mimic the manpower ministry and some action arm, according to a fixed program crawl, moving obj
8、ects or tools operate automatically operated device that can replace human labor to achieve the production of heavy mechanization and automation, energy operate in hazardous environments to protect the personal safety, it is widely used in machinery manufacturing, welding, electronics, metallurgy, l
9、ight industry and atomic energy sectors. It describe the design of manipulator for joint type automatic welding manipulator in this paper, Action of the manipulator is flexible and varied so it applicable to the automatic production that can transform the production of varieties of standard.so it wi
10、dely used in flexible automatic production line.It adopts PLC control, according to a pre-set program workpiece welding automation devices can be partially replaced by people at high temperatures and dangerous areas monotonous jobs lasting jobs, and related control parameters change according to the
11、 change of the workpiece on demand. The design is mainly for welding manipulator mechanical structure, drive systems and PLC control system has three major design.Mechanical structural parts including base, column design, arm and hand, the use of an articulated mechanical structure, which has three
12、degrees of freedom that column, arm, forearm rotation,which contains a motor, speed reducer and bearings harmonic choices and checked.Drive part is mainly to select the drive. It mainly contains an introduction the summary,characteristics, classification and so on to the control part of PLC.Accordin
13、g to the requirement of implementation to make sure the input and output points, choose the appropriate PLC and design work process and procedure, and with the corresponding safety protection measures that is the limit switch.This design adopts the electric drive, through the PLC to accurately contr
14、ol the direction and speed of the stepper motor to control the welding manipulator in the space motion and the purpose of the welding.Through the welding manipulator each part of the detailed design, there is a system of manipulator can be understanding, also for later design more complex manipulato
15、r to lay a solid foundation.Keywords: welding manipulators, motors, harmonic reducer, bearings, drives, PLC control第一章 前 言1.1 机械手简介工业机械手最早应用在汽车制造工业,主要用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑的功能,它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中的工作,替代人完成繁重、单调、重复的劳动,从而提高了劳动生产率,保证了产品质量。目前工业机械手主要应用于制造业中,特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工
16、等工业。工业机械手与数控加工中心,自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统,实现生产自动化。随着生产的发展,功能和性能的不断改善和提高,机械手的应用领域将日益扩大。1.2 机械手的分类工业机械手没有明确的分类规则,一般都从规格和性能两方面来分类。按规格(所搬运工件的重量)分类:(1) 微型工业机械手:搬运重量在1公斤以下;(2) 小型工业机械手:搬运重量在10公斤以下;(3) 中型工业机械手:搬运重量在50公斤以下;(4) 大型工业机械手:搬运重量在50公斤以上。目前大多数工业机械手能搬运的重量为130公斤。最小的为0.5公斤,最大的已达到800公斤。按功能分类:(1)
17、 简易型工业机械手有固定程序和可变程序两种。固定程序有凸轮转鼓和挡块转鼓控制:可变程序可插销板或顺序转动控制来给定程序。这种机械手多为气动或液动,结构简单,改变程序比较容易。只使用在程序较简单的点位控制,但作为一般单机服务的搬运作业已足够。所以,目前这种工业机械手数量最多。(2) 记忆再现型工业机械手这种工业机械手由人工通过实验装置传动一遍,由磁带(或磁鼓)把程序记录下来,此机械手就自动按记忆的程序重复进行循环动作。这也是采用较多的一种,多为电液伺服驱动。与前者比较有较多的自由度,能进行程序较复杂的作业,通用性较广。(3) 计算机数字控制的工业机械手可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械
18、手的动作,还可以进行多种控制(DNC)。技术还可以是可编程序控制或普通的微机计算机。(4) 智能工业机械手由电子计算机控制,通过各种传感元件等具有视觉、热感、触觉、行走机构等。按用途分:(1) 专用机械手附属于主机的,具有固定程序而无独立控制系统的机械装置,这种工业机械工作对象不变,手动比较简单,结构简单,使用可靠,施用于大批量生产自动线或专机作为自动上、下料用。(2) 通用机械手具有独立控制系统,程序可变、动作灵敏、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大,定位精度高,通用性强,使用于工件经常变换的中、小批量自动化生产。按结构分:.(1) 直角坐标机械手结构;(2) 圆柱坐标机械手结构;
19、(3) 球坐标机械手结构;(4) 关节型机械手结构。1.3 研究背景、国内外现状及发展趋势1.3.1 研究背景据不完全统计,全世界在役的工业机械手中大约有一半的工业机械手用于各种形式的焊接加工领域,焊接机械手应用中最普遍的主要有两种形式,即电焊和电弧焊。我们所说的焊接机械手其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机械手。这些焊接机械手中有的是为某种焊接方式专门设计的,而大多数的焊接机械手其实就是通用工业机械手装上某种焊接工具而构成的。焊接机械手具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点,广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。截止2009年,全世界在
20、役工业机械手约为120.4 万台,其中日本装备的工业机械手总量达到了 60万台以上,成为“机械手王国”,其次是美国和德国;在亚洲,日本、韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机械手数量居世界前三位。近几年,全球机械手的数量在迅速增加,仅 2009 年就达 15.2 万台。据不完全统计,近几年我国工业机械手呈现出快速增长势头,平均年增长率都超过 40% , 焊接机械手的增长率超过了60%,2009年我国新增机械手数量超过了5000台,但仅占亚洲新增数量的 6% ,远小于韩国所占的 15%,更远小于日本所占的 69% 。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的,这说明我国制造业的
21、自动化程度有待进一步提高,另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉,制造业自动化水平以及工业机械手应用程度的提高受到限制。当前焊接机械手的应用迎来了难得的发展机遇。一方面,随着技术的发展,焊接机械手的价格不断下降,性能不断提升;另一方面,劳动力成本不断上升,我国由制造大国向制造强国迈进,需要提升加工手段,提高产品质量和增强企业竞争力,这一切预示着机械手应用及发展前景空间巨大。1.3.2 研究的国内外现状国内机械手的研究与开发始于20世纪70年代,大致经历了3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期和90年代的应用化期。1972年我国第一台工业机械手在上海开发成功,随之全国各省都开始研制和应用机械
22、手。从第七个五年计划(1986-1990)开始,我国政府将工业机械手的发展列入其中,并且为此项目投入大量的资金,研究开发并且制造了一系列的工业机械手,有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机械手,广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机械手,大连机床研究所设计制造的氩弧焊机械手,沈阳工业大学设计制造的装卸载机械手等等。这些机械手的控制器,都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机械手研究所开发的,同时一系列的机械手关键部件也被开发出来,如机械手专用轴承,减震齿轮,直流伺服电机,编码器,DC-PWM等等。我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工
23、、铸锻、热处理等方面,数量、品种、性能等方面都不能满足工业生产发展的需要。所以,在国内主要是逐步扩大应用范围,重点发展铸造、热处理方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件,在应用专用机械手的同时,相应的发展通用机械手,有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。同时也要提高速度,减少冲击,正确定位,以便更好的发挥机械手的作用。此外,还应大力研究伺服型、记忆再现型以及具有触觉、视觉等性能的机械手,并考虑与计算机连用,逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 可以将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,设计成典型的通用机构,以便根据不同的作业要求,选用不用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 本科毕业 论文 关节 自动 焊接 机械手 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【可****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【可****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。