基于PLC控制的三自由度气动机械手设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 购买设计文档后加 毕 业 设 计 说 明 书 班 级： 姓 名 ： 学 院： 专 业： 题 目： 基于 指导教师： 职称 : 职称 : 20*年 *月 *日 购买设计文档后加 购买设计文档后加 任务书 课题 来源 企业需求 课题 的 目的 、 意义 在工业生产线中，机械手臂具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂 代替 了 人工的 繁杂 劳动 ，并且操作精度高，提高了产品质量和 生产效率 。 要 求 1、文献综述 （ 1）气动式机械手臂用途及原理 （ 2）国内外研究状况及发展趋势 2、文献翻译（外文文献翻译原文 2万字符） 3、结构设计 4、三自由度气动式机械 手臂的 5、装配图、零件图、电路原理图的绘制及相关控制程序的编写 课 题 主 要 内 容 及 进 度 工 作 内 容 日 期 完成开题报告及资料翻译 定结构方案 气控制部分方案设计与编程 纸绘制 写毕业论文 辩准备及答辩 上各项由指导教师填写（请用钢笔填写） 购买设计文档后加 购买设计文档后加 开题报告 一 、课题的来源、目的、意义，国内外基本情况 课题的来源： 本课题来源于企业需求。 课题的目的、意义 : 在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 国内外研究状况及发展趋势 ： 近 20年来 , 气动技术的应用领域迅速拓宽 , 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合 , 使整个系统自动化程度更高 , 控制方式 更灵活 , 性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展 , 对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入 , 促进了电气比例伺服技术的发展 , 现代控制理论的发展 , 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制 , 控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点 , 国内外都在大力开发研究。 从各国的行业统计资料来看 , 近 30 多年来 , 气动行业发展很快。 20世纪 70年代 , 液压与气动元件的产值比约为 9 1, 而 30 多年后的今天 , 在工业技术发达的欧美、日本等国家 , 该比例已 达到 6 4, 甚至接近 5 5。我国的气动行业起步较晚 , 但发展较快。从 20世纪 80年代中期开始 , 气动元件产值的年递增率达 20%以上 , 高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、 算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用 , 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 由于气压传动系统使用安全、可靠 , 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种 , 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不 污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以 , 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工 , 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。 a)重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度 , 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次 , 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要 , 如果一个机器人定位不够精确 , 通常会显示一个固定的误差 , 这个误差是可以预测的 , 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个 随机误差的范围 , 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展 , 以 购买设计文档后加 购买设计文档后加 及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高 , 它的应用领域也将更广阔 , 如核工业和军事工业等。 b)模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术 , 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置 , 使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特 殊设计的滚珠轴承 , 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能 , 扩大了机械手的应用范围 , 是气动机械手的一个重要的发展方向。 c)无给油化 为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求 , 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步 , 新型材料 (如烧结金属石墨材料 ) 的出现 , 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件 , 不仅节省润滑油、不污染环境 , 而且系统简单 、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。 d)机电气一体化 由“可编程序控制器 - 传感器 - 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面 ;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件 , 使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制” ; 省配线的复合集成系统 , 不仅减少配线、配管和元件 , 而且拆装简单 , 大大提高了系统的可靠性。而今 , 电磁阀的线圈功率越来越小 , 而 由 动机械手、气动控制越来越离不开 而阀技术的发展 , 又使 、气动控制中变得更加得心应手。 气动技术经历了一个漫长的发展过程 , 随着气动伺服技术走出实验室 , 气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚 , 但随着投入力度和研发力度的加大 , 我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用 , 为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构 简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点 , 可以预见 , 在不久的将来 , 气动机械手将越来越广泛地进入工业、航空、医疗、生活等领域。 二、 预计达到的目标、关键理论和技术、完成课题的方案和主要措施 1预计达到的目标： 采用气动装置 的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。主要完成的是气动式机械手臂的结构方面设计，以及用 购买设计文档后加 购买设计文档后加 进行简单的控制编程设计。 机械手具有三个自由度：上下一个，旋转一个，手指的开闭一个。上下是 10后是 25转是 90度，手抓开合是 60度。工件尺寸大约在 2 2关键理论和技术： 运用机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在 用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较， 然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。（如下图所示） 机械手的系统工作原理框图 运用到所学知识有机械设计理论，液压传动技术，电液控制技术， 工电子技术，液压系统设计原理等。 3完成课题具体方案措施如下： （ 1）、 机械手各执行机构设计 ，包括：末端执行器、手臂、手腕及基座的设计 购买设计文档后加 购买设计文档后加 设计参数： 1. 机械手最大抓重 : 1. 工件尺寸： 直径约 2. 自由度数 : 3个自由度 4. 坐标型式 : 圆柱坐标 5. 手指开合角度： 60°（最大速度 : 60度每秒） 6. 支座旋转角度 : 90°（最大速度 : 90度每秒） 7. 手臂运动参数 伸缩行程： 100缩速度： 100mm/s 升降行程： 200降速度： 100mm/s 8. 机械手（重复）定位精度： （ 2）、驱动系统的设计 本课题上下 、 旋转和手爪开合三个自由度选择气压传动系统驱动，包括气动元器件的选取，气 动回路的设计，并绘出气动原理图。 （ 3）、设计控制部分 本机械手采用可编程序控制器 (机械手进行控制，本课题将要选取 初定三菱的 ，根据机械手的工作流程编制出 画出梯形图。预定工作流程如图所示。 （ 4）、图纸绘制。 装配图、零件图、电路原理图的绘制。 三、课题进展计划 日期 工作内容 成开题报告及资料翻译 确定结构方案 购买设计文档后加 购买设计文档后加 气控制部分方案设计与编程 纸绘制 写毕业论文 辩准备及答辩 四、主要参考文献 1吴振彪 武汉：华中理工大学出版社， 1997 2郭洪红 西安：西安电子科技大学出版社， 3王天然 北京：化学工业出版社， 2002 4白井良明 日 北京：科学出版社， 2001 5大熊繁 日 北京：科学出版社， 2002 6陆鑫盛，周洪 设计 M海科学技术文献出版社，7国 )有限公司 第二版 械工业出版社， 8郑洪生 二版 M械工业出版社， 1992 9林文坡 M安交通大学出版社， 1992 10成大先 第五卷 M. 北京：化学工业出版社， 2002 11机械设计手册编委会 气压传动与控制 械工业出版社，12气动工程手册编委会 工程手册 M防工业出版社， 1995 13王积伟，章宏甲，黄谊 第二版 械工业出版社， 2005 14吴宗泽，罗圣国机械设计课程设计手册 等教育出版社， 15何铭新，钱可强机械制图北京：高等教育出版社， 2004 1 16张建明等 第二版 京理工大学出版社， 17王信义 第二版 械工业出版社， 2000 18张建民 北京：国防工业出版社， 1992 19高钟毓 北京：清华大学出版社， 1994 20钟福金，吴晓梅 M南大学出版社， 2003 21李建兴 北京：机械工业出版社， 22 on of . 998 23i of a _of 001 24. 000 购买设计文档后加 购买设计文档后加 摘 要 在机械制造业中，机械手已被广泛应用，大大地改善了工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文通过对机械手的组成和分类，及国内外的发展状况的了解，对本课题任务进行了总体方案设计。确定了机械手用三自由度和圆柱坐标型式。设计了机械手的夹持式手部结构；以及设计了机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转三个自由度及手爪的开合。驱动方式由气缸来实现手臂伸缩和升降，异步电机来实现机械手的旋转。 运用了 列可编程序控制器（ 上下料机械手进行控制 , 论述了 电气控制系统的硬件设计 , 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。 关键词： 机械手，气缸， 可编程序控制器 充值后就可以下载此设计说明书。全套资料包含有相应的 带：任务书、开题报告、外文翻译）和 计 14张图纸）。 需要全套资料的朋友请 加 1： 1459919609或2： 1969043202， 需要其他设计题目直接联系！ 购买设计文档后加 购买设计文档后加 n so of of to s s on to s As as s to s by s of by of LC of of 购买设计文档后加 购买设计文档后加 目 录 1 绪言 械手的概述 . 1 国机械手的发展 . 1 动机械手的应用现状及发展前景 . 3 课题设计要求 . 5 2 机械手的总体设计方案 械手的系统工作原理 及组成 . 7 械手基本形式的选择 . 8 动机构的选择 . 9 械手的技术参数列表 . 9 3 机械手的机械系统设计 1 械手的运动概述 . 11 器人的运动过程分析 . 12 4 机械手手部结构设计及计算 3 部结构 . 13 部结构设计及计算 . 14 紧气缸的设计 . 16 5 机械手手臂机构的设计 2 臂的设计要求 . 22 缩气压缸的设计 . 22 向装置 . 27 6 机械手腰部和基座结构设计及计算 9 构设计 . 29 制手臂上下移动的腰部气缸的设计 . 29 向装置 . 33 衡装置 . 33 座结构设计 . 34 7 气动系统设计 7 压传动系统工作原理图 . 37 购买设计文档后加 购买设计文档后加 8 机械手的 9 编程序控制器的选择及工作过程 . 39 编程序控制器的使用步骤 . 40 械手可编程序控制器控制方案 . 40 9 结论 2 参考文献 3 致谢 4 基于 1 购买设计文档后加 1 绪言 在工业生产线中，机械手具 有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 械手的概述 机械手 （又称 机器人 ，机械人，英文名称： 在人类科技发展史上其来有自。早在三国时代，诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工业革命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。由于科学幻想所系的 “ 永动机 ” 、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念，推动科 学家想研究创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的自动化机器、无人操纵的飞行器等等，即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。虽然，后来电脑、电子产业的发达引开了人们关注的热点，但关于机械 手 的研究与开发一直在持续进行着。而近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展， “ 机械 手 ” 的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动，参与者也打破了各行各业的划地为牢、各自为政的困局，开始了纵横连合，争奇斗妍，蔚成热潮的研究与制作尝试。 机械手 的研究从一开始就是 拟人化的，所以才有机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来， 机械手 的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机械手的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机械手的大量登场而出现产业革命。英 国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机械手的 1。 国机械手的发展 第一台机械手出现后 20年，我国于 1972年开始研制 机械手 ，由上海起，接着天津，吉林，哈尔滨，广州，昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序、结合式、液压伺服型同用机械手，并开始了机构学（包括步行机构）、计算机控制和应用技术的研究，这些机械手大约有 1/3用于生产。 基于 2 购买设计文档后加 在该技术的推动下，随着改革开放方针的实施，我国 机械手 技术的发展 得到政府的重视和支持，在 80年代中期，国家组织了对工业机械手的需求的行业的调研，结果表明，对第二代工业机械手的需求主要集中于汽车行业（占总需要的 60% 70%）。在众多的专家的建议和规划下，于 “ 七五 ” 期间，由机电部主持，中央各部委，中科院及地方十几所科研院所和大学参加，国家投入相当的资金，进行了工业机械手基础技术，基础元器件，几类工业机械手整机及应用工程的开发研究，完成了示教再现式工业机械手成套技术（包括机械手、控制系统、驱动传动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等）的开发，研制出喷涂、 弧焊、点焊和搬运等作业机械手整机，几类专用和通用控制系统及几类关键元部件如交、直流伺服马达驱动单元机械手专用薄壁轴承、谐波传动系统、焊接电源和变压器等，并在生产中经过实用考核，其主要性能指标达到 80年代初国际同类产品的水平，且形成小批量生产能力。在应用方面，在第二汽车厂建立的我国第一条采用国产机械手的生产线东风系列驾驶室多品种混流机械手喷涂生产线，该线由 7台国产 运行十年，完成喷涂 20万辆东风系列驾驶室的生产任务，成为国产机械手应用的一个窗口；此外，还 建立了几个弧焊和点焊机械手工作站。与此同时，还研制了几种 进行了试应用。在基础技术研究方面，解剖了国外 10余种先进的机型，并进行了机构学，控制编程，驱动传动方式，检测等基础理论与技术的系统研究。开发出具有国际先进水平的测量系统，编制了我国工业机械手标准体系和 12项国标，行标。 为了跟踪国外高技术， 80年代在国家高技术计划中，安排了智能机械手的研究开发，包括水下无缆机械手，高功能装配机械手（ 各类特种机械手，进行了智能机械手体系结构，机构控制，人工智能机器视觉，高性能传感 器及新材料的应用研究已取得一批成果。这些技术的实用化将加速我国第二代机械手的发展 2。 经过 80年代尤其是后 50年的努力，吸引了 160多个单位从事机械手及其相关技术的研究力量，形成了京津、东北、华东、华南等机械手技术地区和十几家优势单位，培养了一支 2000多人的工业机械手设计、研制、应用队伍，造就了一批机械手专家，使我国的工业机械手技术发展基本上可以立足于国内。 90年代初期，我国主要开发下列机械手： （ 1） 喷涂机械手 （ 2） 焊接机械手 （ 3） 搬运机械手 （ 4） 装配机械手 在 90年代中期，国家已选择以焊接 机械手的工程应用为重点进行开发研究，从而迅速掌握焊接机械手应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术，即以机械手焊接工艺为龙头，开展焊装线总体设计、线体总控及多机通讯，新型焊接机基于 3 购买设计文档后加 械手用焊接电源、送丝机构、焊缝跟踪系统、机电精度、控制技术等开发及完善化，以及几条焊装生产线的全套应用及其可 行 性作为主攻目标。 虽然 我国的机械手研发工作基本上属于科学研究的项目， 但 据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机械手，其水准可媲美日本同行，但这台机械手体形甚大，却未能以双脚走 路。在日本，机械手能否以二脚行走已成为一个热门及熟练的技术竞赛项目，譬如有 “ 二足机械人竞赛大会 ” （分等级）。其实，机械手的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机械手造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机械手的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到 2020年，随着机械手愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到 “ 机械手权 ” 的保护 。 动机械手的应用现 状及发展前景 近 20年来 , 气动技术的应用领域迅速拓宽 , 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合 , 使整个系统自动化程度更高 , 控制方式更灵活 , 性能更加可靠； 气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展 , 对气动技术提出了更多更高的要求 ; 微电子技术的引入 , 促进了电气比例伺服技术的发展 , 现代控制理论的发展 , 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制 , 控制精度不断提高 ; 由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点 , 国内外都在大力开发研究。 从各国的行 业统计资料来看 , 近 30多年来 , 气动行业发展很快。 20世纪 70年代 , 液压与气动元件的产值比约为 9 1, 而 30多年后的今天 , 在工业技术发达的欧美、日本等国家 , 该比例已达到 6 4, 甚至接近 5 5。我国的气动行业起步较晚 , 但发展较快。从20世纪 80年代中期开始 , 气动元件产值的年递增率达 20%以上 , 高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、 算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用 , 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 动技术及气动机械手的发展过 程 气动技术是以空气压缩机为动力源 , 以压缩空气为工作介质 , 进行能量传递或信号传递的工程技术 ,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。 大约开始于 1776年 , 个大气压左右压力的空气压缩机。1880年 , 人们第一次利用气缸做成气动刹车装置 , 将它成功地用到火车的制动上。 20世纪 30年代初 , 气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至 50年代初 , 大多数气压元件从液压元件改造或演变过来 , 体积很大。 60年代，开始构成工业控制系统 , 自成体系 , 不再与 风动技术相提并论。在 70年代 , 由于气动技术与电子技术的基于 4 购买设计文档后加 结合应用 , 在自动化控制领域得到广泛的推广。 80年代进入气动集成化、微型化的时代。90年代至今 , 气动技术突破了传统的死区 , 经历着飞跃性的发展 , 人们克服了阀的物理尺寸局限 , 真空技术日趋完美 , 高精度模块化气动机械手问世 , 智能气动这一概念产生 , 气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位 , 智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。 气动机械手作为机械手的一种 , 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境 等优点而被广泛应用。 气动机械手强调模块化的形式 , 现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术 (可重复编程等 ) , 气动伺服系统 (可实现任意位置上的精确定位 ) , 在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。 90年代初 , 由布鲁塞尔皇家军事学院 “阿基里斯”六脚勘探员 , 是气动技术、 足动物” 6个脚中的每一个脚都有 3个自由度 , 一个直线气缸把脚提起、放下 , 一个摆动马达控制脚伸展 /退回运动 , 另一个摆动马 达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。 由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机械手 , 它集遥感技术和真空技术于一体 , 成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。 能与人亲切地握手 ,它的头部、腰部、手能与人类一样弯曲运动 , 并且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下 (或通过自身的编程控制 ) 能与人进行对话 , 或作自我介绍等。 动技术和人工智能为一体 , 它告诉我们 , 气动技术能够实现机械手中最难解决的灵活的自由度 , 具有在足够工作空间的适应性 、高精度和快速灵敏的反应能力。 动机械手的应用现状 由于气压传动系统使用安全、可靠 , 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种 , 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以 , 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工 , 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。 现代汽车制造工厂的生产线 , 尤其是主要工艺的焊接生产线 , 大多采用了气动机械手。 车身在每个工序的移动； 车身外壳被真空吸盘吸起和放下 , 在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊 , 都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化 , 堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。 在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上 ,在半导体芯片、印刷电路等各种电基于 5 购买设计文档后加 子产品的装配流水线上 , 不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪 , 还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住 , 运送到指定目标位置。 对加速度限制十分严格的芯片搬运系统 , 采用了平稳加速的 动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装； 用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手 , 牛奶盒装箱气动机械手等。 此外 , 气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如 : 气动自动调节病床 ,机械手 ,外科手术机械手等 3。 展前景及方向 （ 1）重复高精度 （ 2）模块化 （ 3）无给油化 （ 4）机电气一体化 气动技术经历了一 个漫长的发展过程 , 随着气动伺服技术走出实验室 , 气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚 , 但随着投入力度和研发力度的加大 , 我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用 , 为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的 动作等诸多独特的优点 , 可以预见 , 在不久的将来 , 气动机械手将越来越广泛地进入工业、军事、航空、医疗、生活等领域。 课题设计要求 本课题将要完成的主要任务如下 : （ 1）机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。 （ 2）选取机械手的座标型式和自由度。 （ 3）设计出机械手的各执行机构，包括 :手部、手臂等部件的设计。 为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。 （ 4）气压传动系统的设计 本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。 （ 5）机械手的控制系统的设计 基于 6 购买设计文档后加 本机械手拟采用可编程序控制器 (机械手进行控制，本课题将要选取 据机械手的工作流程编制出 画出梯形图 基于 7 购买设计文档后加 2 机械手的总体设计方案 械手的系统工作原理及组成 机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在 用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要 求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的要求达到设定位置 4。 （一）执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 （ 1）手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由 手指 (或手爪 )和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位 (是外廓或是内孔 )和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有 :滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 （ 2）手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等 )与驱动源 (如液压、气压或电机等 )相配合，以实现手臂的各种运动。 （ 3）立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降 (或俯仰 )运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 （ 4）机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机 构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用 6。 基于 8 购买设计文档后加 （二）驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动 5。 （三）控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位 (或机械挡块定位 )系统组成。该机械手采用的是 支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控 制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 （四）位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 . 械手基本形式的选择 常见的工业机械手根据手臂的动作形态 ,按坐标形式大致可以分为以下 4种，如图2 (1)直角坐标型机械手； (2)圆柱坐标型机械手； ( 3)球坐标 (极