机械手实训报告概述.docx
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机械手实训报告概述
机械手实训报告
姓名：
王长生
班级：
机电1041
学号：
1001043404
第一章机械手的介绍...........................1
1.1机械手的特点..............................4
1.2机械手的应用..............................6
第二章技术分析
2.1样机的总体结构............................8
2.2组员任务分配..............................9
2.3机械手的工作原理..........................9
2.4机械手的控制要求..........................10
2.5机械手的动作顺序..........................11
第三章机械手的实验
3.1机械手的装配图............................13
3.2输入/出地址分配表.........................13
3.3机械手的程序外部接线......................16
3.4元器件的选型及计算........................16
3.5元器件的明细表............................19
3.6机械手气动原理图..........................21
3.7机械手顺序功能图..........................22
3.8机械手的控制程序..........................23
第四章机械手的安装及组成1
4.1安装工具...................................31
4.2系统安装调试故障分析.......................31
个人总结...........................................32
致谢...............................................33
参考文献...........................................33
第一章机械手的介绍
1.1机械手的特点
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。
在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手的特点：
（1） 对环境的适应性强能代替人从事危险，有害的工作。
在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，灭等危险环境中胜任工作。
（2） 机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
（3） 由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。
（4） 机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。
机械手虽然目前不如人手那样灵活，但是它J具有能不断重复工作和劳动、不知疲惫、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此机械手受到很多部门的重视。
1.2机械手的应用
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。
机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。
各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。
可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。
据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。
从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。
目前在我国机械手常用于完成的工作有：
注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。
本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。
下面具体说明机械手在工业方面的应用。
1建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线
一般都采用机械手在机床之间传递零件。
国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。
加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手。
2在实现单机自动化方面
各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床。
目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二车床厂的自动循环液压仿行车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。
由于这方面的使用已有成功的经验，国内一些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手，或为用户安装机械手提供条件。
如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位机床）和天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手的自动装卸工件，可实现全自动化生产。
目前机械手在冲床上应用有两个方面：
一是160t以上的冲床用机械手的较多。
如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等；其一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进轻局技术研究所制作的120t和40t多工位冲床机械手等。
3铸、锻、焊热处理等热加工方面
模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置早炉前，实现进出料自动化。
上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。
此外，工业机械手的任务是搬运物品，要求把一个物品从一个工位搬到另一个工位，如图所示。
第二章技术分析
2.1样机的总体结构
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关注册香港公司键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
2.2组员任务分配
姓名
主要任务
项目经理
巩彬彬
项目的总体规划设计，任务的分配、检查，对组员进行评估，最终进行总结验收
成
员
李明俊
程序的规划及设计，梯形图的编写，PLC程序的分项调试，综合性调试，电气接线
张士臣
气动元件的选型，传感器的选型
王长生
PLC地址的分配绘制机械原理图，气动原理图，机械装配图
虞鹏
机械部件的安装，调试
蔡恩伟
气动元件装配，与机械结构一起进行联动调试
2.3机械手的工作原理
机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。
其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈两位电磁阀控制。
下降电磁阀通电时，机械手下降;下降电磁阀断电时，机械手下降停止。
只有上升电磁阀通电时，机械手才上升;上升电磁阀断电时，机械手上升停止。
同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。
机械手的放松/夹紧由一个单线圈（称为夹紧电磁阀）控制。
该线圈通电，机械手夹紧;该线圈断电，机械手放松。
当机械手右移到位并准备下降时，为确保安全，必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。
也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手自动停止下降。
机械手动作过程
从原点开始按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手开始下降。
下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止;同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升电磁阀开始通电，机械手上升;上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止;同时接通右移电磁阀，机械手右移，右移到位时，碰到右移极限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。
此时，右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀接通，机械手下降。
下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电，下降停止;同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到极限时碰到极限位开关，上升电磁阀断电，上升停止;同时接通左移电磁阀，机械手左移;左移到原点时，碰到左极限开关，左移电磁阀断电，左移停止。
至此，机械手经过八步动作完成一个循环。
2.4机械手的控制要求
实现如下几种工作模式：
回原点模式：
由于把机械手恢复到初始位。
单步模式：
每按一次启动按钮执行一步。
半自动模式：
每按一次启动按钮执行一个搬运循环。
全自动模式：
启动后机械手连续进行搬运。
具有良好的人机界面。
2.5机械手的动作顺序
动作过程描述：
1）、从原点开始，按下启动按钮时，伸出电磁阀通电，缩回电磁阀断电，机械手大臂伸出；
2）大臂伸出碰到伸出限位开关后，下降电磁阀通电，机械手小臂下降；
3）小臂下降碰到下降限位开关后，夹紧电磁阀通电，放松电磁阀断电，机械手夹紧；
4）等待2s后，下降电磁阀断电，机械手小臂上升；
5）小臂上升碰到上升限位开关后，缩回电磁阀通电，伸出电磁阀断电，机械手大臂缩回；
6）大臂缩回碰到限位开关后，机械手右旋电磁阀通电，机械手右旋；
7）机械手右旋碰到右限位开关后，伸出电磁阀通电，缩回电磁阀断电，机械手大臂伸出；
8）大臂伸出碰到限位开关时，下降电磁阀通电，机械手小臂下降；
9）小臂下降碰到下降限位开关时，放松电磁阀通电，夹紧断电，机械手放松；
10）气爪位置检测传感器检测机械手已放松，等待2S后，下降电磁阀断电，机械手小臂上升；
11）小臂上升碰到上升限位开关后，缩回电磁阀通电，伸出电磁阀断电，机械手大臂缩回；
12）大臂缩回碰到缩回限位开关后，机械手左旋电磁阀通电，机械手左旋；至此，机械手经过以上动作完成了一个周期，根据条件进入下一循环。
第三章机械手的实验
3.1机械手的装配图
3.2输入/出地址分配表
输入信号
输出信号
序号
PL地址
位号
功能描述
序号
PLC地址
位号
功能描述
1
I0.0
B1
摆缸左限位
1
Q0.0
Y1
摆缸左摆电磁阀
2
I0.1
B2
摆缸右限位
2
Q0.1
Y2
摆缸右摆电磁阀
3
I0.2
B3
大臂伸出传感器
3
Q0.2
Y3
小臂下降电磁阀
4
I0.3
B4
大臂缩回传感器
4
Q0.3
Y4
手爪打开电磁阀
5
I0.4
B6
小臂上升传感器
5
Q0.4
Y5
手爪放松电磁阀
6
I0.5
B7
小臂下降传感器
6
Q0.5
Y6
大臂伸出电磁阀
7
I0.6
B8
手爪放松传感器
7
Q0.6
Y7
大臂缩回电磁阀
8
I1.0
SB1
开始按钮
8
Q1.0
HL1
开始指示灯
9
I1.1
SB2
复位按钮
9
Q1.1
HL2
复位灯
10
I1.3
SB3
选择开关
10
Q1.3
HL3
停止灯
11
I1.4
SA1
停止按钮
12
I2.0
SA2
单步、连续选择开关
13
I2.2
SA
急停按钮
3.3机械手的程序外部接线图
3.4元器件的选型及计算
1）选用西门子公司的ST-200系列小型PLC功能强，性能价格比高，主机采用德国西门子ST-200型。
主要参数：
输入点数24输入信号类型：
开关量
输出点数16输出继电器允许电流（纯电阻负载）
主机电源220ACST-200CPU技术范围
外型尺寸1mm190×180×62用户程序\B4096
数据存储区\B10240用户数据\B2560
数字量I\O128入128出
扩展模块数量7个32入32出
Pc24V电源（CPU）输入电流最大负载：
150mA\1050mA
AC24V电源（CPU）输入电流最大负载：
40mA\160mA
2）假设机械手大臂伸出距离150mm-200mm，气缸的行程需在大臂的行程上家加10-20mm的余量，尤其是在小臂夹紧气缸中。
另外，假设小臂的下降上升距离约为100-200mm,并且选型用气缸时应选用夹紧型。
计算各参数：
根据查阅资料数据，大臂气缸选用国产QG×（Ф8-Ф32）行程≤250mm,缓冲型为最佳，小臂选用QGT\Ф40-Ф63,行程≤150mm,夹紧型为最佳。
摆动气缸选用CRB系列（Ф10mm）,角度公差，有无润滑均无工作型。
第一阶段：
大臂①活塞输出力，
②活塞杆计算
（SP-材料抗拉强度）
③缸筒臂厚计算
④缓冲计算
缓冲，柱塞缓冲，柱塞孔。
缓冲气缸内最后达到的气压力，即吸引缓冲能最后的气体压力最高值等于气缸安全强度。
所以
缓冲装置满足工作需求。
条件是
满足条件。
⑤耗气量的计算
第二阶段：
小臂计算过程和大臂一样。
第三阶段：
确定电磁阀的型号。
根据以上参数，得知采用三位五通电磁阀，型号为VFS1420-P型
3.5元器件的明细表
序号
名称
型号
厂商
数量
备注
1
加紧气缸
MCHB-12
天津罗升企业有限公司
1
感应开关RCE
2
旋转气缸
MCRA-63-180-PT
天津罗升企业有限公司
1
3
三位五通电磁阀
MVSA-156-4E2-C
天津罗升企业有限公司
1
4
二位五通电磁阀
MVSB-180-4E2-C
天津罗升企业有限公司
2
5
二位五通电磁阀
MVSB-180-4E2-C
天津罗升企业有限公司
1
6
大气缸
QTN20X100
上海新益气动工程有限公司
1
7
气动三联件
QAC1000-M5
天津罗升企业有限公司
1
8
小气缸
QCJ2B16-60S
天津罗升企业有限公司
1
9
传感器（接近开关）
J3-D4L1
浙江洞县电讯设备
2
10
小气缸磁性开关
AL-03R
天津罗升企业有限公司
2
钢带固定码
11
大气缸磁性开关
AL-30R
天津罗升企业有限公司
2
12
夹紧气缸感应开关
RCE
天津罗升企业有限公司
1
3.6机械手气动原理图
3.7机械手顺序功能图
3.8机械手的控制程序
主程序
主程序
公用程序
回原点程序
第四章机械手的安装及组成
4.1安装工具
序号
工具名称
数量
备注
1
万用电表
1
全班共享
2
十字起
5
每组一把
3
一字起
5
每组一把
4
六角扳手
一套
全班共享
4.2系统安装调试故障分析
序号
出现的问题
原因分析
解决办法
备注
1
开始按钮不亮
开始按钮接错
把按钮调换过来
2
自动时不工作
自动程序错误
将正跳变命令去掉
3
单动时连走两步
单动按钮按下时间太长
修正启动程序
4
复位没法一步实现
复位程序中间输错
更正复位程序
5
立即复位指令换成复位指令
复位程序没工作
重新设置切换程序
6
急停按钮不可用
程序中出现错误
立即复位指令换成复位指令
7
不能良好的切换动作
转换按钮没有协调好
更改切换按钮
8
开始时不工作
公用程序没有互锁
修正公用程序
9
plc有输出，但电磁阀不得电
线路连接有问题
更换有松动的线，正确连接
个人总结
在本次的机电综合实训中，我们的主要任务就是搬运机械手控制系统设计与装调。
现在在很多领域中全是自动化的，这就需要机械手的帮助，所以学校机械手设计与装调是提高我们自身能力的体现。
在实训中，我认真听老师讲有关机械手的知识，努力搞懂它。
在两周的实训中，我仔细研究机械手各个动作的要领直至明白，同时还又编写程序，接线，调试，感觉学到很多。
对于编写程序还是有一定的难度的，但通过指导老师的讲解就领悟很多了，课外再认真学习一下就感觉比较容易多了。
总的来说，我在这次的实训中受益匪浅的，视野开阔了许多，为自己制定了更高的目标。
同时也很感谢指导老师的殷勤教导。
致谢
在四个星期的实训中，我学到了很多，但没有老师和同学们的帮助是无法顺利的，再次非常感谢我的同学们以及我的组员，为我提供了很大的帮助完成，同时感谢指导老师的殷勤教导，没有您的耐心指导我想我是学不会的，很感谢您们！
参考文献
1.谢富胜。
分工、技术与生产组织变迁【M】。
北京：
经济科学出版社
2.曹晔.技术创新、组织变迁与职业教育发展【J】.职业技术教育
3.姜大源.论世纪之交德国职教改革基本理念.中国教育与科研计算机网，
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