小型圆柱坐标机械手的设计和实现机械制造自动化专业

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1、小型圆柱坐标机械手的设计摘要 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动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。本次设计所采用的是圆柱坐标式机械手，具有 3 个自由度，即手臂的运动系由一个升降直线运动关节（轴向），一个径向直线运动关节和一个圆周旋转运动关节（周向）组合而成。分别使用了升降缸、伸缩缸和回转缸实现上述运动。机械手的手部采用了真空吸盘，连接文氏管式真空发生器。利用压缩空气在管道内快速通过而产生真空的原理将工件吸住。根据计算选择合适的真空发生器。

2、本次设计采用的伸缩缸及升降缸采用的是双活塞杆气缸带有两个活塞杆，并排在同一缸体上，这样的位置安排有利于准确的导向。选用回转缸置于升降缸之下的结构，刚性较好。根据要求计算气缸的驱动力以及回转力矩，合适选择气缸。本设计采用气动驱动系统。使用双作用气缸换向回路，用二位五通电控阀控制活塞双向运动。电气控制系统采用 PLC 三菱公司 F1 系列 PC(F1-40MR)，输入： X400X407，X500X505 共 14 点。输出：Y430Y437 共 8 点。机械手的动作顺序为：原位下降吸住上升右移左回转下降松开上升右回转左移复位。关键词 圆柱坐标 自由度 气缸 控制系统Movement Design

3、 of the Personification RobotAbstract The manipulator can imitate the hand and arms certain movement function, by the fixed procedure crawl, carries the object or the operation tool automatic operation device. Industrial robot manipulator is the earliest, is the earliest of the modern robot, it can

4、replace human labor to realize the mechanization and automation of production, can operate in order to protect the personal safety in harmful environment. By the design of the cylindrical coordinate manipulator with 3 degrees of freedom, namely, the motion of the arm by a lifting linear motion joint

5、 (Zhou Xiang), a radial linear motion joint and a circle rotation movement of the joint assembly (Zhou Xiang). The lifting cylinder, telescopic cylinder and rotary cylinder are used to realize the movement. Adopt the sucking disc of the vacuum in the hand of the manipulator, connect the Venturi tube

6、 type vacuum generator . Is it compress air in pipeline fast through produce principle of vacuum hold the work piece to utilize. According to calculating and choosing the suitable vacuum generator.Design flexible jar that adopt and hoist or lower whom jar adopt have two cylinder rod dual cylinder ro

7、d air cylinder this time, side by side at the same cylinder block. The structure of selecting the rotary cylinder for use and putting under hoisting or lower the jar, rigidity is better. It is suitable to choose the air cylinder to as requested calculate the driving force of the air cylinder and gyr

8、ation moment.Originally design and adopt the pneumatic system of urging. Use the reversing return circuit of air cylinder of a pair of function, control two-way sports of the piston with two automatically controlled valves five times.The electric control system adopts PLC Mitsubishi Company F1 serie

9、s PC (F1-40MR ), input: X400- X407, X500- X505 has 14 points altogether. Export: Y430- Y437 has 8 points altogether.The movement order of the manipulator is: Normal position - -Decline - -Hold - -Rise - -Move to right - -Turn round on the left - -Decline - -Unclamp - -Rise - -Turn round in right - -

10、Move to left - -Restored to the throne.Keywords Personification robot Three-dimension shaping Mobile simulation Control system目 录前 言1第1章 设计方案的拟定21.1 工业机械手设计目的21.2 工业机械手设计的内容21.2.1 机械手的用途21.2.2 主要技术指标21.3 工业机械手的分类21.4 工业机械手的组成31.4.1 执行系统31.4.2驱动系统31.4.3控制系统31.4.4基体（机身）31.5工业机械手的规格参数3第2章 手部设计42.1 概述42

11、.2 初选型号42.2.1 真空吸盘42.2.2真空发生器52.3 真空吸盘的吸力计算5第3章 腕部设计63.1 概述63.2 腕部设计要点63.3 典型腕部结构6第4章 臂部和机身设计74.1 概述74.2 臂部设计要点74.3 臂部的结构形式74.4 初选伸缩缸、升降缸、回转缸84.5 手臂的设计计算94.5.1 伸缩缸的设计计算94.5.2 升降缸的设计计算124.5.3 回转缸的设计计算124.5.4 手臂设计检验14第5章 驱动系统155.1工业机械手的驱动系统的选择155.2 气动驱动系统155.2.1气压系统传动方案的确定155.2.2气动基本回路165.3 气压元件的选择185

12、.3.1气压泵185.3.2气压控制阀18第6章 电气控制系统196.1可编程序控制的各种元器件196.2 PC指令系统196.3编写机械手的PLC控制指令20总 结24致 25参考文献26附 录27 前 言机械手在生活的应运已经有着无法脱离的重要，对于我们生活也是起着尤为重要的一个角色。譬如：工厂的生产线上，机械传动代替了人工，使用了智能化，快递公司分拣快递全部使用小黄人自动化机器人，而且还要无人飞机操作，更加的加大了效率，我们工业的发展更加迅速。机械手在很多方面对我们工业的发展，物业的发展有这非常重要的角色。打个比方来说：生活，工业，环境，还有那些对人体产生极大危害性的工作全都可以由机器人

13、替代，大大的让许多人的工作为机器手所代替，这样一来，我国工业发展飞速迅猛。最近几年以来，机械手在国外的很多领域都有许多应用。机械手的技术手段越来越高，但是，价钱却比往年更加廉价；机械结构设计发展；控制系统更加趋向自动化设备；显然必不可少的一样东西还有就是传感器；机械手已经将虚拟的世界从之前的猜想，预言到现在逐渐技术成熟。 就现在国家行情而已，机械手的技术更加成熟，不但熟练掌握了机械制造技术，还了解了机械手的智能，更加预言了机械手的重要积淀。本次我选定设计方向“小型圆柱坐标机械手设计”，圆柱坐标机器人由横向X圆柱和Z向圆柱的交叉放置，这样的话，圆柱坐标机器人的工作范围就有了一定的范围，这样一来，

14、就确定了机械机器人的工作范围。 图1 圆柱坐标机器人的工作范围第1章 起草的方案1.1 工业机械手设计目的机械手是涵盖机压，液压，气压一体化的装置。结合指导老师的提议，学校老师的建议一下，打算做一个圆柱坐标机器人，控制机器人从两个工作台之间交替，从而使我们得到一次机械结构、气动系统，控制系统练习。1.2 机械手的内容1.2.1 用途机械手最早运用在国家的汽车制造。机器人在工业的应用非常广泛，它已经可以取代人工的地方，那些对人体产生危害的工作可以完全由机器人取代，同时也加大了机器人的实在用的价值，更加的让工业发展效率高，速度快的惊人，机器人也更加的受到青睐。机械手的孕育而生，带来了许多福音，就拿

15、个最简单的事例来说：降低了工业成本，大大提升了工业的发展效率，用时，那些对人产生危害的工作可以由机器人取而代之，这样一来，就更加的对我们工作人员更加的智能化。1.2.2 技术参数坐标型式：圆柱坐标； 自由度数目：3个；手臂伸缩行程：150300mm； 伸缩速度：3000mm/min；手臂升降行程：50150mm； 升降速度：2000mm/min；手臂回转范围：0o180o； 抓手形式：真空吸盘； 工件重量：50 N； 驱动方式：气动；控制方式：点位、程序控制。1.3 机械手种类重量分类：1.运载10N细微型；2.运载100N小型；3.运载500N中型；4.运载5000N大型。1.4 工业机械手

16、的组成1.4.1 操作机构操作机构是机械手的最主要的枢纽。涵盖类似人的手部、我们人的腕部、臂部和机身。1.4.2驱动机构驱动机构是机器人的提供动力，驱动动力的源泉。驱动方法可分为气压、液压和电机。其中气压驱动机构通常由气缸、气阀、气罐和空气压缩等气功原件构成，这样一来，会大大降低生产成本，同时大大提高了工作效率，加快了工业的发展方向，但是，就像古人说的那样：“凡事都有两面性”，这样一来缺陷就是不能很好的控制速度和掌控速度，但是，尽管如此，利大于弊。1.4.3控制装置点位装置和程序装置。前者的主要技术指标是精度和时间，这样的一个比较容易实现，所以很多搬运作业的工业发展都会运用起来。1.4.4基体

17、（机身） 整个机械手的基础。1.5工业机械手的规格参数 1.抓取质量（臂力）2.坐标式和自由度数3.运动速度4.定位精度5.程序编制与存储容量6.机器人臂和腕的运动参数7.手指夹持范围8.驱动方式9.轮廓尺寸10.整机质量11.动力源规格第2章 手部设计2.1 概述机器人的手部是重要的执行机构。手部的各自形态不同，机构功能的差异，可分为吸附式和钳爪式。其中下图为真空吸盘控制系统： 图2-1真空吸盘控制系统 1、2电阀；3吸附；4泵；5电动机吸盘的有点很多，举个例子来说，吸附力大，还有清洁效果，但是，需要很高的技术手段，这样价钱很贵。图2-1所示为真空吸盘控制装置，当电磁阀2通电时，真空泵管路与

18、吸盘管路接通不抽气，吸盘不吸附工件，当电磁阀2不通电时，电磁阀1不复位，这个时候吸盘接大气。释放所有的工件。真空是利用真空泵，真空度较高。因此本次设计用文氏管真空发生器，它是利用压缩空气在管道内快速通过而产生真空的原理。2.2 初选型号2.2.1 真空吸盘型号：ESS-30-SN（Festo 公司）主要参数：公称半径：18.4mm 吸盘有效半径：30 mm吸盘面积：3cm3 公称半经：2mm吸盘固定方法：螺钉 安装螺纹：M6最低环境温度：-10 最高环境温度：70-0，7bar时理论吸力：49.6N -0，7bar时撕坏力：40.8N最小可抓取半径：110mm 吸盘材料：NBR 弹性材料CT标

19、准：无铜无氟 产品重量：0.009Kg工作介质：大气2.2.2真空发生器型号：VAK -1/4（Festo 公司）利用真空吸盘的运用，VAD和VAK真空发生器能够用于提取并吸住表面光滑及不透气的结构。这样一来工件就会在任何时候都可以被吸附。不产生真空。切断气体流，接受吸力。优点：廉价，性价比高。重要系数：外置气喷嘴：是 排空喷射器：切断压力Laval气阻公称通经：0.05mm 最高工作压力：0.5MPa最低工作压力：1MPa 最小真空度：-0.08MPa出气口接口螺纹：G1/4 安装位置：任意安装方式：孔 最低环境温度：-20 最高环境温度：80 外壳材料：压铸铝合金CT标准：无铜无氟 工作介

20、质：已过滤压缩空气2.3 真空吸盘的吸力计算F=2G =nD2H /（4K1K2K376） (2-1)F吸盘吸力H真空计读数；n吸盘数量；D吸盘直径；K1安全系数（K1=1.5）；K2工况系数（K2=2）；K3方位系数（K3=1）。已知：D=30mm;G=50N;使用2个真空吸盘即 100=2D2H /（41.52176）H=0.710-5Pa=0.07MPa所选的真空发生器最大真空度为-0.08MPa，可以选用。第3章 手腕设想3.1 概述手腕是手跟臂的相连，他的用途为了掌握方位，单独有自己的自由度，这样一来的话，机器人可以适应更加复杂的工作。3.2 腕部联想重点1.结构应尽量松凑、质量小大

21、2.要融入工作环境的要求3.要综合考虑各方面要求，合理布局3.3 典型腕部结构1.直接驱动的腕部结构2.具有机械传动的腕部机构由于本次设计不需要腕部回转，这里就不再说明腕部的计算。第4章 臂部和机身研究4.1 摘要臂部是机器人的重要执行原件，其目的是撑起手部和腕部，并改变手部的位置。机器人的臂部一般有2个自由度，即收缩、回旋和升高。机身是支撑和驱动手臂的最主要部件。一般实现臂部的上下、回旋等驱动装置或传动部件都安装在机器身上。4.2 臂部设想重点1.手臂应具有不足够的承载能力和刚性手臂的刚性直接影响手臂在工作中允许承受的载荷、运动的平稳性、运动速度和定位精度，在必要时应进行刚度计算。2.方向性

22、强导向装置的具体结构取决大小，运载等等因素。3.运动要波动大、精确度高，质量和运动惯量要增大4.3 臂部结构设计手臂的回转运动机构1. 回旋缸置于上下缸之上的机身原件这种结构采用双缸活塞杆，导向杆在活塞杆外部，结构宽松。但回转缸与臂部一起上下，运动部件小，柔性较回旋缸置于上下缸之下的结构差。 图4-1 回旋缸置于上下缸之上的机身结构2. 回旋缸置于上下缸之下的机身机构升降液压缸体固定在机座上。图4-2 回旋缸置于上下降缸之下的机身设计本次设计采用的是回旋缸置于上下缸之下的设计，由于考虑到如果用回转缸在上的结构会使得整个机械手运动结构刚性较差，所以不用。4.4 初选伸缩缸、升降缸、回转缸1.伸缩

23、缸的选择型号：DPZ-20-100-P-A-S6 (Festo 公司)单活塞气缸，带两根不平行的活塞，感知方位，带有缓存环。双活塞气缸 DPZ 是由活塞驱动安装， 因此在一样高度的情况下能产生十几倍于标准气缸的驱动力。DPZ: 单气缸。优势：推力相对较大，间距过大，还有可控性比较强，运用液压缓冲器使得通过标准螺栓及锁螺母可对标准行程进行 10 mm 范围内的定位调整。如果有必要可使用一根更短的螺姆。重要系数：上班样式：单作用 活塞形状：圆形活塞杆形状：圆形 位置感测方式：磁感式缓冲方式：内缓冲环（不可调） 抗扭转：平行活塞活塞公称直径：20mm 行程：150mm活塞杆直径：10mm 最低工作压

24、力：1bar最高工作压力：10bar 最低工作环境温度：-20 最高工作环境温度：150 连接方式轴承盖：内螺纹轴承端盖螺纹：M5 端盖接口形式：内螺纹EF 端盖接口螺纹：M5 6bar 时有效推力：376N6bar 时回程理论作用力：282N 6bar 时进程单程耗气量：0.44L6bar 时回程单程耗气量：0.34L 工作介质：已过滤压缩空气2.升降缸的选择型号：DPZ-20-100-P-A-S6 (Festo 公司)，与伸缩缸相同。3.回转缸的选择型号：DSM-25-270-P-FW(Festo 公司)DSM 叶片式摆动气缸外形紧凑，占用空间小。驱动力通过旋转叶片直接传送给驱动轴。可调式

25、止动系统和旋转叶片分离，以便于固定限位挡块或液压缓冲器来吸收所受到的力。旋转叶片还能通过终点位置的弹性垫获得辅助缓冲。驱动器背面还有刻度以方便行程调节。基本结构：带固定限位挡块，用于两端摆动角度的精确调节。法兰式驱动轴。特点：采用机械加工的表面，通过键与轴连接的叶片可承受高达20Nm的力矩。摆动角度可调，摆动角度在摆动范围内任意设定。较高的能量可通过气压缓冲器吸收。支架，用于安装感应式传感器，用于非接触式终端位置感测通过驱动轴内的内六角套筒扳手进行手动操作。驱动轴带内螺纹。液态或气态介质可通过中空的法兰轴进行输送。固定限位挡块，摆动角度可精确调节。主要参数：工作方式：双作用 旋转/摆动原理：叶

26、片位置感测方式：无 缓冲方式：内缓冲环（不可调）缓冲角度：2.2deg 终端可调：是摆动角度可调：是 活塞公称直径：25mm额定摆动角度：270deg 终端可调：-0，2最低工作压力：1.5bar 最高工作压力：10bar最低环境温度：-10 最高环境温度：60EF 第一面接口螺纹：M5 最大扭矩：5Nm最大转动惯量：1.1X10-4kgm24.5 手臂的设计计算4.5.1 缸的伸缩测量根据气缸在运作时需要克服来自各个方面的摩擦阻力，这样更好的提高工作效率。气缸活塞的计量：F=F摩擦+F密封+F回气+F惯性 (4-1)1.摩擦阻力的计量图4-3 竖直旋转气缸受力图如图 4-3所示两个定位导向，

27、截面尺寸如图所示，定位两侧，运行起来的时候会比较大的阻力。运行计量：MA=0G总 L=aFb得 Fb= G总 L/a (4-2)Y=0G总+Fb= Fa得 Fa= G总 (L+a)/a (4-3)F摩= Fa摩+ Fb摩=Fa+Fb得 F摩=G总 (L+a)/a （4-4)2.密封的力F封1+ F封2=0.03F (4-6)F 驱动力；F封3= pdl (4-7)p工作压力（Pa）；p10Mpa，=0.050.023；d伸缩管的直径（m）；l密封的有效长度（m）。F密= F封1+ F封2+ F封3 (4-8)3.计算F回背压阻力小，取F回=0.05P3.计算F惯F惯 = G总v/(gt) (4

28、-9本次设计所需用的参数如下：G总=100N，=0.18，l=50mm，a=35mm，F驱=80N，D=20mm，d=10mm，p=0.4106Pa， v =5010-3，t =0.2s F摩=G总 (L+a)/a=1.270.18100(250+35)/35 =88.2N F密=F封1+ F封2+ F封3 =0.03 F驱+pdl=0.0380+0.030.41061010-3510-3=4.3NF回=0.05P/4(D2-d2)=0.050.4106/4(2010-3)2-(1010-3)2=4.7NF 惯 = G总v/(gt)=1005010-3/(9.80.2)=2.56N即F=F摩+

29、F密+F回+F惯=99.76N4.5.2 升降缸的设计计算图4-4手臂各部件重心位置图手臂作升降运动的气缸驱动力：F=F摩+F密+F回+F惯+G (4-10)F摩 摩擦阻力，如图 4.4；F摩=2F1f 取 f=0.16G 零部件所受的总重力（含工件重）F密、F回、F惯 的计算与伸缩缸相同。 F摩=2F1f =2500.16 =16NF=16+2.56+4.3+4.7+100=127.6N4.5.3 回转缸的设计计算驱动手臂回转的力矩，应该与手臂起动时所产生的惯性力矩及各密封装置处的摩擦力矩相平衡。计算公式如下：M 驱力=M 惯性力+M封 (4-11）所以，计算如下：M 封= M 封+M 封

30、+M封 (4-12)M 封=F R=bb1pR (4-13)M 封=2 F Rcp(R-r) (4-14) 图4-5手臂回转运动时受力状态Rcp=(R+r)/2 (4-15)M 惯=J0= J0/t (4-16)若手臂回转的零件重心与回转轴线不重合，其零件对回转轴的转动惯量为：J0= JC+G2/g+J+Gg (4-17)JC 回转零件对过重心轴线的转动惯量，由于回转零件形状不同，JC计算公式不同。 回转件的重心到回转轴线的距离。本次设计回转缸所需要的参数如下：=/3（弧度/秒） t=1 秒 =15cm J0= JC+G2/g =ml2/12+ G2/g =10.20.12/12+1000.1

31、52 =0.238 NmsM 惯=J0=J0/t=0.238/3 =0.249 Nm由于气缸内部具体尺寸未知，估算 M 封=30% M 惯即M 驱=0.249+0.24930%=0.324 Nm4.5.4 手臂设计检验伸缩缸、升降缸的计算：F推 =p/4D22 (4-18)=0.4106/4(2010-3)22=251.3 NF拉=p/4（D2-d2）2 (4-19)=0.4106/4(2010-3)2-(1010-3)22 =188.5 N满足设计要求。回转缸的计算最大扭矩为 5 Nm，符合要求。第5章 驱动系统5.1工业机械手的驱动系统的选择1.气动驱动系统气动驱动系统把压缩空气的能量变换

32、成直线。优点就是价格廉价，而且性价比非常高，使用起来非常非常方便；适应任何环境情况下；简单的维护；简单的结构简单的组成系统。2.液压驱动装置液压驱动装置是一种把各种运动转换成机械能，从而带动机械做功的装置。液压驱动装置由于工作压力大，所以装置可以实现大化；把液压油作为介指，润滑性好，方向易改变掌控，速度容易确定。3.电动驱动装置因为低惯量、大转矩的交、直流伺服电机及配套的伺服驱动器的广泛采用，这类驱动装置被大量使用在工业生产。本次设计所选用的是气动驱动装置，原因就是其优点很多，廉价还有结构简单，操作简单，使用起来很方便。 5.2 气动驱动装置5.2.1气压系统传动的选定为了便于机械手操作简单，

33、选用可编程序控制器或微机进行，系统的压力和流量都非常高，采用电磁换向阀回路，获益最大，成本低，利润高。气动传动有很大优势，具体如下：1.空气可循环利用起来，而且使用过的大气排出之外，又可以再一次获得新的空气，这样既不污染环境，而且还更加环保健康。2.客气的粘稠度很低，方便我们在生产过程中的运输还有近距离的损耗最小，管道压力也很小。3.压缩空气的工作所需的压力比较小，所以，材质上的选择可能会要求低。4.气动装置方便维修，这样保养费用低，而且利用率很高，非常划算。5.非常安全，不会有爆炸事件事情发生，而且便于保护。6.气动元件采用相应材料后，能够运用在任何的环境里面，无论刮风下雨还有闪电这些条件都

34、不会受影响。5.2.2气动装置回路1. 方向掌握回路双控气控换向回路：控制信号使用之后，气缸活塞杆收缩；控制信号一旦出现，不论发生什么情况，活塞杆立即出现。 图5-1 双控气控换向控制回路单作用气缸换向回路：运用二位五通电控阀控制活塞双向运动，是单作用气缸的最基本换向回路装置。图5-2 单作用气缸换向回路装置单气缸活塞出现在任何回路：但是前提不允许有破损，以保证安全的工作。在气缸最后需要保持活塞固定的停止位置时，两个使用的是同一个回路。图5-3单气缸任意位置停止的回路加速回路：适用于气缸的任何情况下，即气缸负载质量所具有的动能超出缓冲气缸所吸收的能量时，所采用的一种气缸外部缓冲的方法。图5-4

35、用机控阀的加速回路2. 速度掌握回路装置单气缸速度控制回路：利用两个双向节流阀控制活塞杆的收缩和撤回速度。 图5-5双气缸速度控制回路排气节流调速回路：利用两个单向节流阀来实现气缸活塞杆伸出和退回两个方向的速度控制，气流经单向阀进气，通过节流阀节流排气。图5-6排气节流空速回路气液联动调速回路：利用气液转换器的调速回路，回路中执行元件是低压液压缸其活塞杆伸出或退回的速度是以调节通过节流阀的流量来控制的。图5-7气液联控速回路本次设计采用点位控制，位置任意移动，但是几个非常特殊情况需要着重考虑，由于所处位置非常特殊，需要不断一直供气，一般会采用简单的回路。5.3 气压元件的选择5.3.1气压泵选

36、择额定工作压力为0.4Mpa的空气压缩机。5.3.2气压控制阀Q=va (5-1)q 压缩空气流量（L/min）v 速度（mm/min）a 所选取的气缸面积（m2）已知：v=3000mm/min，d=20mmq=v/4d2=3/4(2010-3)2=9.410-4 m3/min=0.94L/minqz=(p+0.1)/0.1q (5-2)qz 自由状态空气流量（L/min）p 工作压力（Mpa）qz=(p+0.1)/0.1q=(0.4+0.1)/0.10.94 =4.7 L/min选取型号：MZH-3-0.4-LED 的电磁阀。第6章 电气控制装置工业机械手的控制装置相当于人的大脑一样东西，工

37、业机械手控制着一切并且指挥着这里的一切还有协调性。控制系统的装置一般分为开环装置和闭环装置两种形式。运动控制方式有连续轨迹（PPT）和点位控制（UP）两种。6.1可编程序掌握的各种原件三菱（Mitsubishi）公司 F1 系列 PC 为例（F1-40MR）（1）输入继电器（X）编号：X400X407，X500X507，X410X413，X510X513 共 24 点。功效：接收从外部开关或敏感元件发来的信号，与输入端子相连。只能由外部信号驱动，不能由内部程序指令驱动，可以提供许多动合、动断触点，供内部使用。（2）输入继电器（X）序号：Y530Y537 共 16 点。功能：将输出信号传给外部负

38、载，有三种工作方式：继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出。每一输出继电器仅有一对输出触头，其具体情况对应于输入锁存器。（3）辅助继电器（P）序号：通用辅助继电器 M100M277，M200M177 共 99点；保持辅助继电器M299M399共 64 点，有充电保持功能。效果：相当于中间继电器，供内部使用，不能直接驱动外部负载。（4）移位寄存器由辅助继电器组成，可由 16或 32个辅助继电器（P）组成 8 或 16 位（it）的移位寄存器。（5）定时器（Z）序列：T450T457，T550T557 共 16 个。K 0.199.9(定时时间常数 K 设定为 3 位，最小为 0.1s)。功能：定

39、时起动后，每 0.1 秒减一次，直至为 0，定时时间到常开触点接通。（6）计数器（C）编号：C460C467，C560C567 共 16 个。记数值 K 1999 个脉冲。6.2 PC指令系统PLC控制系统引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制系统，目的就是为了更新换代，更加的取代之前的传统。涵盖很多很多优点通用方便还有廉价还有更多的可取代性。1.指令LD：取反指令；LDI：反指令；OUT：输入指令。2.与指令AND：常开触点并联连接指令；ANI：常开触点并联连接指令。3.或指令OR：动断触点串联指令；ORI：动合触点串联指令。4.块电路或指令两个以上的触

40、点串联支路与前面支路的并联指令。使用这种指令对各个支路进行并联时，各个支路的起点级使用 LD 或 LDI 指令。5.指令ANB：块并联先串联，后并联，各个支路起点同样须使用 LD 或 LDI 指令。6.复位指令RST：清除计数器，移位寄存器逻辑内容。7. 脉冲指令PLS：使继电器获得瞬时闭合信号。该指令所产生的脉冲宽度为一个演算周期，即从程序开始至程序结素（END）之间。8.指令SFT：移位寄存器移位输出指令。9.稳定指令S：操作保持置位指令，自保持 OFF 指令；R：操作保持复位指令，自保持 NO指令。10.开始程序指令END：编程结束时写入，可以缩短演算周期。6.3编写机械手的PLC控制指

41、令根据第五章的气路控制图，制作机械手动作顺序表如下：表6-1 机械手动作顺序表步序输入转步条件输出状态YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7HL下降吸住上升右移左移回左回右灯0原点ST2(ST4)-+1下降SB1+-2吸住ST1-+-3上升KT1(3S)-+-4右移ST2-+-+-5回左ST3-+-+-6下降ST5+-7松开ST1-8上升KT2(2S)-+-9回右ST2-+-10左移ST6-+-0复位ST2(ST4)-+表6-2 现场器件与PLC内部继电器对照表输入内部继电器地址说明SB1X400起动按钮ST1X401下限位开关ST2X402上限位开关ST3X403右限位开关ST4X404

42、左限位开关ST5X405回左限位开关ST6X406回右限位开关SB2X407复位按钮SB3X500手动下降开关SB4X501手动上升开关SB5X502手动右行开关SB6X503手动左行开关SB7X504手动回左开关SB8X505手动回右开关输出内部继电器地址说明YA1Y431下降电磁阀YA2Y432吸盘电磁阀YA3Y433上升电磁阀YA4Y434右移电磁阀YA5Y435左移电磁阀YA6Y436回左电磁阀YA7Y437回右电磁阀HLY430原位指示灯梯形图以及PLC现场器件连接图详见附件图纸。机械手在运行时，操作如下。1.机械手应处于复位。开始工作时，第一步按复位按钮 SB2，输出继电器的动合触

43、点 X407 开放，单脉冲指令使辅助继电器 M200 产生一个脉冲，使移位寄存器原位。就以上所述，移位寄存器的闭合触点 M101M117 均为开放状态。就在相同时刻，因机械手在复位，下限位开关 ST2、右限位开关 ST4、回左限位开关 ST6 均处于开放状态，相对应的动合触点 X402、X404、X406 均开放，使移位寄存器首位 M100 置 1，输入继电器 Y430 得电，原点指示灯 HL熄灭。2.按下按钮 SB1，X400 接通，产生移位信号，使得 M101 左移一位，则 M100 为 1，从而使得 Y431 得电，执行上升动作；同样的时间，M100常闭接点闭合，M110 置 0，完成从

44、 0 步到第 1 步的转变；M100 常开接点开放，又为下一步转换作好准备。机械手下降时，上限位开关 ST2 打开，X402失电闭合，在离开上限位的各过程中，M130 均保持为 0。3.上升到位时，下限位开关 ST1 被压动，X401 开放，从而产生移位信号，M130 的“0”态移到 M111，使得 Y431得电，上升开始；就在相同时刻，M101的“1”态移到 M102，使得 M201 得电并保持，通过 M201 的保持触点使得Y432、T450 同时得电，驱动 Y432 工作，将工件放开，并开始计时。4.T450 延时 3s 后，其动合触点接通，产生移位信号，使得 M103 为“1”，M10

45、2 为“0”，于是 Y433 得电，驱动电磁阀 YA3 执行上升动作。由于 M201 的保持作用，Y432 不会得电，Y432 停止工作，工件一直处于保持开放状态，机械手带重物下降。5.下降到位，下限位开关 ST2 被制动，X402 断开，使得 M104 为 1，M103 为 0，使得 Y433 得电，开始下降，输入继电器 Y434失电，驱动电磁阀 YA4 使得机械手左移。左移离开原点后，X404 常开触点闭合，M100 仍保持为 0。6.左移到左限位开关 ST3 动作时，接通 X403，又产生移位信号，使得 M105 为 1，M104 为 0，从而使 Y434 失电，开始左移；Y436 得电

46、，驱动电磁阀 YA6,执行左回转动作。7.同样的，当右回转动作完成时，M106 为“1”，M105 为“0”，Y431再次得电，驱动电磁阀 YA1 执行下降动作。8.下降到位，压动 ST1，使得 X401 接通，产生移位信号，使 M107为“1”，.的工件被松开，同时，T451 得电，开始松开计时。9.T451 延时 2s 后，其触点接通，产生移位信号，使得 M108 为“1”，M107“0”，Y433 再次得电，机械手空载上升。10.当回右及左移到原位时，压下左限位开关，X404 接通，产生移位信号，M110 为“0”，M111 为“1”，Y435 失电，机械手停在原点位置。要想再次起动，只

47、有按下复位开关按钮 SB2、X406 闭合，使得 M101 M117 复位后，才能重新开始。也可以通过手动按钮进行单步调试。总 结通过收集大量图书、网络资料完成本次设计，整合广泛的资源完成设计任务。小型圆柱坐标机械手的成功设计，意义在于可代替机械生产线上枯燥的人工作业岗位，同时也可用于高校教学实验中，提供本科生入门级机器人的学习与研讨。本次设计还存在不足，伸缩缸、升降缸、回转缸等原件的选择以德国为主，最好以国产原件为主，这样价格低且供货方便。通过这次毕业设计，让我不但对自己的知识，还有更多的是贺老师对我不懈努力，更多的耐心还有敦敦教诲。还记得第一次贺老师开会的时候，就对我们耐心的讲述了，对于这

48、次毕业设计，贺老师给我们付出了许许多多，对我们每一个都非常认真，还有我们每一个人都有疑问，但是，贺老师不厌其烦的给我们一一解答。非常的让我觉得贺老师的不容易和付出许多。不过，正所谓古人说的：一分耕耘，一分收获。贺老师给我们的许多机械的认知。对机械的更多专业的知识又有了全面的了解，还有自己的机械素养比之前更加思考，很多的事情，思考更加细致，对于机械的很多很多盲点有了一个新的概念。贺老师，真的非常非常感谢您作为我的导师，您给与我太多，每次面对很多很多困难挫折的时候，您第一反应就是叫我提出来，一起解决不了的问题，大家在一起踊跃发言。还有更多的时候，我们留着汗水，却无比的幸福开心。伴随着贺老师您的指导

49、，这一次机械设计非常顺利。让我更多的认识很多很多机械设计基础知识的一些寓意。同时，加深了对机械感兴趣。这一次，我收获了像贺老师这样的一个导师，与其这样说。跟像一个朋友，贺老师就像我的父亲一样，让我无比的觉得敬佩还有仰慕。贺老师给予我们的，是更多的一种处事态度，对于面对选择，老师更多的是对我们一种包容的态度。或许我还无法体会到贺老师那样的内心高度。但是，贺老师您已经深深在我心里留下来了。我不可能忘记您。贺老师，真的非常非常非常感谢您，！是您在我大学最后的一段时光里面，让我觉得自己更加的努力，朝着贺老师您这样的境界去学习。贺老师，您这一次给我留下来非常重要的印象。我已经觉得您在我生命有着非常非常重

50、要的一段记忆。或许我马上就要离开长春大学，离开母校，但是，贺老师您这一次给我的，让我觉得自己真的真的已经对您有着非常非常重要的时刻。我或许已经要离开您，去到别的一个崭新的城市。在一个没有您的城市，或许我少了很重要的一个导师。我觉得莫名的心酸。贺老师，您真的辛苦了，感谢您！我爱您！ 参考文献1 李允文.工业机械手设计M.北京:机械工业出版社,1996.2 张健民.工业机器人M.北京:北京理工大学出版社,1988.3 天津大学.工业机械手设计基础M.天津:天津人民出版社,1980.4 郑洪生.气压传动及控制M.北京:机械工业出版社,2002.5 万太福,唐永贤.可编程控制器及其应用M.重庆：重庆大

51、学出版社，1998.6 许福玲，晨尧明.液压与气压传动M.北京：机械工业出版社，2002.7 周祖得，等.机电一体化控制技术与系统M.武汉：华中理工大学出版社，1993.8 左宝贵.圆柱坐标机械手回转机构的设计J.青年科学(教师版).2014,(10).9 刘天时.PRP圆柱坐标工业机械手关键技术研究D.沈阳工业大学,2013.10 王建军.搬运机械手仿真设计和制作J.机械设计与制造,2012, (9).11 黄贤新.工业机器人机械手设计 J.装备制造技术,2013, (3).12 漆汉宏.PLC电气控制技术D.机械工业出版社, 2007.13 王承义.机械手及其应用D.机械工业出版社,198

52、4.14 朱世强,王宣银.机械人技术及其应用 D.浙江大学出版社,2001.15 张军,冯志辉.多工步搬运机械手设计J.机械设计, 2000, (4).16 龙立新.工业机械手的设计分析J.焊接技术,1999, (3).17 左健民.液压与气压传动D.机械工业出版社,1995.18 GUPTON、JAMES A.Computer-Controlled Industral Machines、Processes、and RobotsM.19ZHU Xiaorong,SHEN Huiping.Optimal design if the link lengths for a planer parallel manipulator, J.2012-12.附 录气动原理图PLC 控制梯形图