摘 要

随着近几年国内机器人的发展的速度越来越快，工业机械手成为现代化产业中最重要的的一种生产方式，工业机械手的需求也越来越大。我们利用机械手来代替人类劳动力，极大地提高了生产线的智能化水平。智能化判断工件的拾取能够提高人为识别的误差，所以外圆自动检验尤为重要。利用智能检测的方式来判断，工件的抓取与否，保证了抓取棒料的精准性，也提高了劳动效率。

该设计为基于PLC控制的圆柱坐标机械手，实现三个自由度，液压驱动。任务是需要完成在流水线上的判断外圆的直径和执行抓取的命令。设计包括对机械手所需驱动力的计算，和对驱动力的大小，来选择所需要的液压缸。

关键词：三菱PLC;液压传动;机械手

External diameter automatic inspection robot design

ABSTRACT

With the rapid development of domestic robots in recent years, industrial robots have become the most important production method in the modern industry, and the demand for industrial robots is also growing. We use robots instead of human labor,which greatly improves the intelligence level of the production line. Intelligently judging the picking of the workpiece can improve the error of human identification, so the automatic inspection of the outer circle is particularly important. The use of intelligent detection to determine whether the workpiece is grabbed or not, to ensurethe accuracy of grabbing the bar, but also improve labor efficiency.

The design is a cylindrical coordinate robot based on PLC control, which realizes 3 degrees of freedom and hydraulic drive. The task is to complete the judgment of the diameter of the outer circle on the pipeline and the command to perform the grab. The design includes the calculation of the required driving force for the robot and the magnitude of the driving force to select the required hydraulic cylinder. The robot's control system uses Mitsubishi PLC, which includes I/O port assignment diagrams, ladder diagrams, and sequential function diagrams to design an intelligent mechanization that accomplishes the required tasks.

Key words: Mitsubishi PLC; hydraulic transmission; manipulator

目 录

1 绪论 - 1 -

1.1课题研究背景及意义 - 1 -

1.1.1研究背景 - 1 -

1.1.2研究意义 - 1 -

1.2国内外的研究现状 - 2 -

1.3 机械手的主要特点 - 3 -

1.4机械手设计工作 - 3 -

2 机械手总体设计 - 1 -

2.1 机械手的组成 - 1 -

2.2 机械手的机械结构设计方案 - 1 -

2.2.1机械手坐标形式选择 - 1 -

2.2.2机械手自由度选择 - 2 -

2.2.3机械手的基本参数 - 2 -

2.2.3驱动方式的选择 - 2 -

2.3机械手三维建模总图 - 3 -

2.4机械手的控制系统设计方案 - 3 -

3 机械手手部设计计算 - 5 -

3.1夹持式手部设计基本要求 - 5 -

3.2夹紧力与的计算 - 5 -

3.3夹紧力驱动力的计算 - 6 -

3.4量规作用及设计计算 - 7 -

3.4.1量规的介绍 - 7 -

3.4.2量规的设计 - 7 -

3.4.3轴用量规简图 - 9 -

3.4.3轴用量规的优化 - 9 -

3.4.4量规的solidworks建模 - 10 -

4 臂部和机身的设计和要求 - 12 -

4.1 臂部设计的基本要求 - 12 -

4.2 手臂伸缩驱动力计算 - 12 -

4.3 手臂伸缩液压缸参数计算 - 14 -

4.4 机身升降机构计算 - 16 -

4.4.1 手臂偏重力矩的计算 - 16 -

4.4.2 手臂升降驱动力的计算 - 16 -

4.4.3手臂升降液压缸参数计算 - 17 -

4.5机身回转机构的计算 - 19 -

4.5.1 手臂回转液压缸驱动力矩计算 - 19 -

4.5.2 手臂回转液压缸参数计算 - 19 -

5 液压系统设计 - 21 -

5.1选用液压传动的应用和发展 - 21 -

5.2液压机械手系统说明 - 21 -

5.3液压机械手的工作原理 - 23 -

6.三菱 PLC 控制系统设计 - 24 -

6.1三菱PLC的介绍 - 24 -

6.2三菱PLC控制的特点 - 24 -

6.3机械手编程 - 25 -

6.4运动顺序图 - 25 -

6.5机械手PLC端口分配图 - 26 -

6.6顺序功能图 - 28 -

6.7梯形图 - 29 -

6.8 PLC程序图 - 31 -

结 论 - 34 -

致 谢 - 35 -

附录 - 38 -

1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1研究背景

在科技高速发展的今天，在汽车制造、智能拾取、电子包装、还有现在工业生产中工业机器人得到了普遍的应用。在现代工厂智能化，规模化已经成为了主流。工业机器人代替人力劳动已经变成了趋势，工业机器人可以降低劳动力成本，提高劳动效率降低了劳动成本的工具，它的形式多种多样，有包括加工、搬运、切割、喷涂等^[1]。

如今市场对于工业机器人的需求越来越大，机械手代替人力也变得弥足重要，企业对于智能化生产的需求也越来愈大，所以机械手的应用前景广阔，市场也越来越广泛^[2]。外圆直径直径判断搬运机械手，用于判断工件的合格与否，然后进行拾取，能够大大减少劳动力和拾取的精度和效率，在搬运机械手中，智能拾取变成研发和发展的对象，应用方面也越来越广泛。

1.1.2研究意义

随着人的生活水准的提高，靠人力来搬运物料也越来越少^[3]。如今机械手技术涉及的学科相当广泛，而且随着科技的发展，工业自动化也取得了巨大的发展，在工业生产上面应用的各种机械手越来越多，降低了工人的劳动强度。工业机械手可以模仿手部的动作, 在经过程序的设定后, 其就会按照程序设计的要求, 完成各种动作，具有广泛的适用性。 当今机械手技术涉及的学科相当广泛，而且随着科技的发展，工业自动化也取得了巨大的发展^[4]，在工业生产上面应用的各种机械手越来越多，降低了工人的劳动强度，把工人从危险的工业环境中解救出来。保证了工人的安全，和减少判断的人为误差。对提升国民的生活物质水平有着深远的影响。

1.2国内外的研究现状

国外的搬运机械手应用发展早，特别是美国和日本。在第二次世界大战时期，工业机械手得到了迅猛发展，最早运用于上世纪50年代，在美国的实验室，一种基于PLC控制的机械手氤氲而生，在之后的几年中，美国根据不断地创新更新，创新出更加先进的机械手臂，能在机械手的运动上进行了较大的改良，手臂可以来回转动，伸缩或者俯仰，加以液压驱动，这次的改良对于机械手的发展具有深远意义和影响，为以后美国的机械手的发展奠定了重要的基础^[5]。日本和一些欧美国家对工业机械手采取的政策不一样，但有个共同点就是在技术上作为重点的发展，经济上采用扶持的状态。日本还特别鼓励小型企业采用机器人，英国政府意识到本国的机器人技术落后的原因和后果，采取了振兴措施，其中包括拨款资助工业机器人的发展计划，给购买机器人的公司给予津贴，建立研究中心，负责研究机器人技术，并向工业界推广，培养人才^[6]。制定了发展柔性加工系统计划，帮助工业界克服发展应用中的思想障碍，承担一定的风险。

国外的搬运机械手发展迅猛，特别是自动检验和判断这一方面国外的又远远的领先我们国家，特别是最近几年的双目视觉机器人，能够通过视觉传感器来获得所需要判断工件的具体图像，在通过对工件图像的分析处理，计算出目标相对于相机或者机器人坐标系的位姿，然后根据要求完成一些列的动作^[7]。

我们国家的机械手与机器人的研究起步比较晚，在欧美之后。我国的机械手的飞速发展在1980年以后，在国家的支持下，我国对机械手的发展方向发生了调整，从单纯的研发机器人到机器人的自动控制系统的开发和自动化装备的综合运用发面发展^[8]。国近几年加大了投资力度，制定了明确的发展战略方针，注重机器人的自主设计和研究制造，注重机器人的创新，号召专家教授一起研究和制造，开发出一系列的工业制造的类的机械机器人。

但在我国的技术科技攻关后，目前我国已经掌握了机器人技术优化处理，工业驱动的技术处理，机器人的控制技术，机器人软件开发技术以及相应的编程技术^[9]。目前我国还掌握了，点焊机器人，自动上下料机器人，特种机器人，并在机器人运动仿真和轨迹规划技术上面实现重大突破，能够自主的创造出核心部件比如减速器，伺服电机等。但这几年中国的自主科研开发能力大大加强，自主的研发产品越来越多，科技实力越来越强，在工业革命后，我国应该抓住更好的机遇来发展自主的科技实力，彰显自主的科技实力，大国强器。

1.3 机械手的主要特点

机械手它可代替人的苦力，可以把人解放出来，更加轻松的过日子，机械手做的事，比人更加精确，更加合理，机械手比人的手更加耐用，时限长，不需要休息，产量可以大大加大，不需要为人工再付高昂的人工费，比较实在，可以解放人类，从那些重劳动中，所以机械手是会越来越发展快，所有的机器都是会代替人类去完成一些人类不愿意去做，甚至于人类不能去做的事，更多的别机器代替，机械手一定会代替人的手，去完成更加辛苦的工作。