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因本人毕业实习结束想求一份关于机械制造类别

发布时间:2019-07-13 17:20 已浏览:

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  找几本机械手册自己选个课题好好写!不然毕业多年后都不知道当年自己还写过论文这件事了。

  摘 要:机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重的劳动。可以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,因此被广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在纵观了近年来机械手发展状况的基础上,结合机械手方面的设计,对机械手技术进行了系统的分析,提出了用气功驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想,充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物质分拣机械手的整体结构、执行机构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动,控制系统中选择 PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。

  通过以上部分的工作,得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案,对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。

  关键词:机械手,气动控制,可编程控制器(PLC),自动化控制,物料分拣。

  机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要,可以大量代替单调往复或高精度需求的工作,在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重的劳动。可以实现生产的机械化和自动化,能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人生安全,可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

  随着工业的高速发展,机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要,已经在工业生产中得到了广泛的运用。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重的劳动。可以实现生产的机械化和自动化,能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人生安全,可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

  可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心,综合了计算机和自动控制等先进技术,具有可靠性高,功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点,已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小,可靠高,故障率低,动作精度高等优点。

  适应工业需要,本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制,并借助必要的精度传感器,使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣,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,广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制,是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置,课部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业,并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时,可以允许方便的改动或重新设计其部件,而对于位置改变时,只要重新编程,并能很快的投产,降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。

  机械手最早运用在汽车制造工业,常用于焊喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能,它可以替代人从事危险、有低温和高温等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。目前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,机械手的应用领域日益扩大。

  目前,国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COBU及奥地利的GM公司。

  我国机械手起步于20世纪70年代初期,经过30多年的发展,大致经历了3个阶段:70年代萌芽期,80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国,机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前,国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进,中国制造业面临着与国际接、参与国际分工的巨大挑战,对我国工业自动化的提高迫在眉睫,政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持,将会给机械手产业发展注入新的动力。

  随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高,机械手几在众多领域得到了应用,从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。

  在未来几年,传感技术,激光技术,工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域,这些技术会使机械手的应用更为高效,高质,运行成本低。据猜测,今后机器人将在医保生物技术和产教救海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。

  随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化,不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好,还要其成本低、可开发经济型强。本论文主要研究物料分拣机械手以下几个方面的内容:

  执行系统是由传动部件与机械构件组成,是机械手赖以实现各种运动的实体。主要包括机身、手臂、末端执行器3部分组成,其中每一部分都可以具有若干的自由度。执行系统的设计主要是对机械手的手部、手臂和机座进行设计。

  驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较,本设计选择气压驱动的方式。内容包括气动元件的选择及其工作原气动回路的设计和气动原理图的绘制。

  控制系统是机械手的指挥系统,它控制驱动系统,让执行系统按规定的要求和时序进行工作。本机械手采用可编程控制器对机械手进行控制,主要包括对PLC的型号选择、传感器类型进行选择、I/O口的选择、对控制系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内容。

  1) 解决机械手机械结构的设计问题,要求机械手结构简单、经济、具有一定的代表性。

  3 )机械手的控制系统,包括控制系统的电路和控制程序,并解决工件和控制系统的协调问题。

  机械手的执行结构是从机械手赖以实现各种运动的实体。执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能。

  机械手的基本型式较多,按手臂的坐标型式而言,主要有四种基本型式:直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。下面就各型式机械手作简单的分析对比:

  直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可作伸左右和上下移动,按直角坐标形式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。

  其工作范围可以是一个直线运动;两个直线运动或者三个直线运动。如在X、Y、Z三个直线运动方向上具有A、B、C三个回转运动,即构成六个自由度。

  圆柱坐标式机械手是应用最多的一种型式,它适用于搬运和测量工具。具有直观性好,结构简单,本体占用的空间较小,而动作范围较大等优点。

  圆柱坐标式机械手的工作范围可分为:一个旋转运动,一个直线运动,加一个不在直线运动所在的平面内的旋转运动;两个直线运动加一个旋转运动。

  圆柱式机械手的特点是一种自由度较多,用途较广的机械手。它的工作范围包括:一个旋转运动;两个旋转运动;两个旋转运动加一个直线)、球坐标式机械手

  球坐标式机械手的特点是将手臂装在枢轴上,枢轴又装在叉形架上,能在垂直面内作圆弧状上下俯仰动作,它的臂可作伸缩,横向水平摆动,工作范围和人的手类似。它的特点能自动选择最合理的动作路线。所以工作效率高。另外由于上下摆动,它的相对体积小,动作范围大。

  关节式机械手是一种使用于靠近机体操作传动型式。它像人手一样有肘关节,可以实现多个自由度,动作比较灵活,适于在狭窄的空间工作。关节式机械手,早在四十年代就在原子能工业中得到应用,随后在开发海洋中应用,有一定的发展前途。

  关节式机械手有大臂和小臂的摆动,以及肘关节的运动。它还具有上肢结构,可实现近似于人手操作的机能,需要研制最合适的结构。

  机械手型式的选择首先是从满足它的运动要求方面进行考虑,然后从机械手的复杂程度以及经济情况等方面来考虑。本设计中的机械手主要动作为机械手手臂的左右移动,升降移动和机械手的整体旋转。

  直角坐标式机械手虽然具备手臂的伸缩上下、左右直线运动等动作,但是不具备机械手整体旋转动作,所以不考虑用直角坐标式机械手。

  球坐标式机械手和关节式机械手对动作要求方面足够满足要求,但是它们的结构都比较复杂,有很多动作是不必要的,显得浪费和增加了制造的成本和难度。

  圆柱坐标式机械手能满足手臂伸缩、手臂上下、手臂回转动等动作。可以将手臂回转动作改换成机械手的整体转动就可以满足本设计中机械手的动作要求。这样的修改并没有改变机械手的总体结构,只是进行了局部变动,使得整个系统经济、实惠,所以确定用圆柱坐标式机械手。

  手部就是用来握持工件或工具的部分。由于被握持的工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同,手部机构也是多种多样。常用的手部结构按其握持原理可以分为如下两类:

  夹持式手部的结构与人手类似,是工业机械广泛应用的一种手部形式。它主要由手指、传动机构、驱动机构组成。其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式,区别在于夹持工件的部位不同,手爪动作方向相反。

  气吸式手部又成为真空吸盘式手部,它是通过吸盘内产生真空或负压,利用压差面将工件吸附,是工业机械手常用的一种吸持工件的装置。它由吸盘、吸盘架及进排气系统组成,具有结构简单、质量轻、不易损伤工件、使用方便可靠等优点;但要求工件上与吸盘接触的部位光滑平整、清洁、被吸附工件材质致密,没有透气空隙。主要适应于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张及塑料等表面光滑工件的抓取。

  真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空,故称真空式。喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时,由于管路的开始段截面积是逐渐收缩的,所以气流速度逐渐增大,在管路的最小截面处,气流速度达到临界速度,此时的气体受压,密度加大。在排气管路中因界面逐渐增大,气流膨胀减压而使密度大大下降,致使气流速度继续增高,在吸气口处形成负压。吸附头与吸气口连同,顾形成真空,以吸住工件。自挤式空气吸盘的工作原理是将软质吸盘按压在工件的表面,挤出吸盘内的空气、从而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的导磁性,利用永久磁铁或电磁铁通电磁产生的磁力来吸附材料工件。磁吸式手部不会破坏被吸附表面质量,但是由于被吸工件存在剩磁,吸附头上常吸附磁性屑,影响正常工作。

  通过以上对手部的分析真空式具有结构简单、质量轻、不损伤工件、使用方便、不影响机械手的正常工作等优点。而且满足所设计机械手的要求,所以选用真空式吸盘。

  手臂是机械手的主要部分,是支撑手腕、手指和工件并使它们运动的机构。手臂一般有三个运动—伸缩、旋转和升降。手臂的基本动作是将手部移动到所需 的位置和承受抓取工件的最大重量,以及手臂本身的重量。

  b导向装置,是保证手臂的正确方向及承受由工件的重量所产生的弯曲和扭转力矩。

  手臂作直线运动的结构,基本上是由驱动机构和导向装置组成。驱动机构一般用油缸、油马达加齿轮、齿条来实现直线运动。往复直线油缸可以分为一下几种。

  双作用单活塞杆油缸:液压机械手中实现手臂的往复运动用的最多的是双作用单活塞杆油缸。活塞在油压下作双向运动。机构上可以是油缸体固定、活塞杆运动;也可以是活塞杆固定,二缸体运动。

  双作用双活塞杆油缸:当需要很大的行程时,将油缸做的很长、体积很大,则加工上有困难。如做成伸缩式双活塞杆油缸,既能满足行程要求,油缸的体积又小。其缺点是一次行程有两种速度。

  丝杆螺母机构:该机构传动的特点是易于自锁,但是传动效率低。如采用滚珠丝杆,效率可以提高,但因其较长,制造比较困难。



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