基于FluidSIM的机械手夹持器设计及控制研究

论文摘要

现今,国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成,生产效率较低、劳动强度很大。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线建设成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产需要,本文通过利用机器人技术,将装卸机械手代替人工,从而来提高劳动生产率。本机械手主要与数控加工设备组合形成生产线,实现加工过程(上料、下料、加工)的自动化与无人化。本设计充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上,尽可能的使结构简练,尽可能采用标准化、模块化的通用元配件,以降低成本,同时提高可靠性。液压控制系统是由机械、电气、液压和微机控制等元件综合构成的工业自动化系统,是机械传动技术的一种重要形式,是机械与控制的重要结合点,经常出现在生产线和各种自动化设备中。本设计采用目前较为流行的典型气动控制仿真软件有德国FESTO公司开发的基于Windows平台的FluidSIM软件,它将CAD功能与仿真功能紧密结合在一起,可对基于元件物理模型的回路图进行仿真。本次设计的工业机械手属坐标式液压驱动机械手。具有手臂伸缩、升降、手腕回转三个自由度,相应的包含手臂伸缩机构、手臂升降机构和手臂回转机构。各部分均用液压缸或液压马达驱动与控制。本论文主要对于机械手夹持器,伸缩臂,液压系统及PLC控制编程进行了设计和研究。内容主要包括:夹持器与伸缩臂总体方案的确定,液压与电动驱动系统的设计,电机和液压缸的选型与计算,总体结构设计,主要部件如液压伸缩机构底板和导向杆的受力分析和强度校核。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 本课题具有的理论意义和实用价值
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 机械手整体方案的选择
• 2.1 夹持器设计方案
• 2.2 伸缩臂设计方案
• 2.3 液压控制系统设计方案
• 2.4 PLC 电控系统设计方案
• 第三章 伸缩臂的设计
• 3.1 设计方案
• 3.1.1 设计任务
• 3.1.2 技术要求
• 3.1.3 方案设计
• 3.2 底板的设计计算说明
• 3.3 导向杆的结构设计
• 3.3.1 导向机构的作用
• 3.3.2 导向杆的外型尺寸及材料
• 3.3.3 校核导向杆的弯曲强度及绕度
• 3.3.4 导向杆的表面处理及润滑
• 3.4 伸缩臂机构设计计算
• 3.4.1 伸缩臂油缸的计算
• 3.4.2 液压缸阻力
• 3.4.3 液压缸的行程
• 3.4.4 液压缸的选用
• 3.5 伸缩臂伸缩范围控制与调整
• 第四章 夹持器的设计
• 4.1 液压缸的设计概述
• 4.1.1 液压驱动力
• 4.1.2 活塞杆直径
• 4.1.3 活塞臂的厚度
• 4.1.4 活塞行程
• 4.1.5 液压缸的流量
• 4.2 夹持器的设计
• 4.2.1 夹持器设计研究现状
• 4.2.2 夹持器结构设计
• 4.2.2.1 手指的形状，传动机构及驱动机构的选择
• 4.2.2.2 技术要求
• 4.2.2.3 夹持器结构的设计
• 第五章 液压控制系统设计
• 5.1 对系统要求如下
• 5.2 油泵的选择
• 5.2.1 确定流量
• 5.2.2 确定泵的动力
• 5.2.3 选择泵的型号为YBX—16[8]P45-106
• 5.2.4 油泵电机的选择
• 5.3 液压元件的选择
• 5.4 辅助元件选择
• 5.4.1 供油管尺寸参考所接元件接口尺寸选择
• 5.4.2 油箱的选择
• 5.5 系统液压图
• 5.6 电磁铁动作顺序表
• 5.7 液压控制原理图的步骤说明
• 5.8 电气回路设计
• 5.9 液压控制的虚拟仿真
• 第六章 PLC 电控系统设计
• 6.1 I/O 分配图
• 6.2 语句表（详参见附录）
• 6.3 程序总框图
• 6.4 公共程序梯形图
• 6.5 手动程序梯形图
• 6.6 自动程序梯形图
• 6.7 PLC 控制面板
• 第七章 结论
• 附录
• 参考文献