结构方案设计本课题要抓取的是圆柱形物体，所以可采用夹持式手部，直接采取气爪即可。机械手的手腕结构方案设计被抓取工件是水平放置，手腕无需设有回转运动。因此，手腕设计并无太大要求，只需连接手臂与手部即可。机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩左右回转和升降或俯仰运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。机械手的驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。机械手的控制方案设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。第章手部结构设计手指的形状和分类夹持式是最常见的种，其中常用的有两指式多指式和双手双指式按手指夹持工件的部位又可分为内卡式或内涨式和外夹式两种按模仿人手手指的动作，手指可分为支点回转型，二支点回转型和移动型或称直进型，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了支点回转型手指同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。设计时考虑的几个问题具有足够的握力即夹紧力在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。二手指间应具有定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。三保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带形面的手指，以便自动定心。四具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。五考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是左右两指弧形夹持气爪。为了牢固抓取，将气爪部位，加装与零件外形较为接近的爪子第章手腕结构设计被抓取工件是水平放置，手腕无需设有回转运动。因此，手腕设计并无太大要求，只需连接手臂与手部即可。第章手臂结构设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩左右回转和升降或俯仰运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。结构设计手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是气压驱动的活塞气缸。由于活塞气缸的体积小重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。同时，气压驱动的机械手手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽动和自动程序分别编出相对独立的程序段，用跳转指令进行选择，控制系统程序结构框图，如图所示。选择手动方式时，接同，跳过自动程序，执行手动程序选择自动工作方式时，断开，执行自动程序。图总程序结构框图手动程序手动操作不需要按工序顺序进行动作，所以可按普通继电器程序来设计。手动操作的梯形图，如图所示，图手动程序手动按钮分别控制图手动程序下降上升右移左移加紧和放松各个动作。为了保证系统的的安全与进行，设置了些必要的连锁。其中在左右移动的电路中加入作上限连锁，这是因为机械手只有处于上限位置时，才允许左右移动。自动程序自动程序如图所示。图自动程序连续及单周期操作。当机械手在原点时，程序处于初始状态，执行下降动作。当下降到下限位开关时，接通，又接通下个状态，接着执行下步动作。当执行完最后步动作，即左移到原点碰到左限位开关时，接通，如果是单周期操作，则断开，回到初始状态，如果连续操作，则接通，状态转移至，又开始下个周期的循环。在运行中，如按正常停车按钮，则接通，复位，机械手的动作继续执行完个周期后，回到初始状态。如按紧急停车按钮，则接通，状态全部复位，机械手工作停止。重新启动时，先用手动来将机械手移回原点，才能再次进行自动操作。单步操作。当自动操作程序采用步进指令设计时，单步操作程序用禁止状态转移标志器来实现，如图所示。该继电器线圈接通时，禁进状态转移，线圈断电时，允许状态转移。在单步操作方式下，利用启动按钮作为单步操作信号，接通。不按启动按钮时，断开，其常闭接点闭合，接通，状态转移被禁止。图用禁止状态转移设计的单步操作梯形图当完成步动作后，按下启动按钮，接通其常闭接点将断开，状态转移到下步。将如图所示的单步操作梯形图连接在如图所示的自动程序上端，就得到了包括单步单周期连续操作在内的整个自动操作的梯形图。至此，机械手的控制程序分段设计完毕。根据图所示的总程序结构框图，将手动作程序梯形图和自动程序梯形图嵌入，就得到整个程序的梯形图。总结本次设计的是气动专用机械手。该机械手可以选择配置普通的夹持手指，以抓取般工件。采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。机械手采用控制，具有可靠性高改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。参考文献王承义机械手及其应用北京机械工业出版社廖常初可编程控制器的编程方法与工业应用重庆重庆大学出版社郭洪红工业机器人技术西安西安电子科技大学出版社，年，王承义机械手及其应用北京机械工业出版社张凤珊电器控制及可编程序控制器北京中国轻工业出版社，杨长能，张兴毅可编程序控制器基础及应用重庆重庆大学出版社，袁秀英组态软件技术北京电子工业出版社杨存智在自动化生产机械手中的应用机床电器朱梅，朱光力液压与技术西安西安电子科技大学出版社，杨文生，沈兆奎，王宝中，等液压与气压传动北京电子工业出版社，致谢本设计及论文是在我的指导老师及系部诸位老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到设计的最终完成，老师和各位专业老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向各位老师致以诚挚的谢量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中，采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。第章气动系统设计气压传动系统工作原理图图所示为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机排气压力大于通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器调压阀油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。图机械手气压传动系统工作原理图各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸行程速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。第章机械手控制系统设计机械手的工艺过程机械手的工作均由电机驱动，它的上升下降左移右移都是有电机驱动螺纹丝杆旋转来完成的。分析工艺过程机械手的初始位置停在原点，按下启动后按扭后，机械手将原点下降夹紧上升右移下降放松上升左移到原点,动作完成个工作周期。机械手的下降上升右移左移等动作转换，是由相应的限位开关来控制的，而加紧放松动作的转换是有时间来控制的。为了确保安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上次搬到右工作台上的工件尚未移走，机械手应自动暂停，等待。为此设置了个光电开关，以检测无工件信号。为了满足生产要求，机械手设置了手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步单周期和连续工作方式。手动工作方式利用按钮对机械手每步动作进行控制。例如，按下下降按钮，机械手下降按下上升按钮，机械手上升。手动操作可用于调整工作位置和紧急停车后机械手返回原点。单步工作方式从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按次启动按钮，机械手完成步动作后自动停止。单周期工作方式按下启动按钮，机械手按工序自动自动完成个周期的动作，返回原点后停止。连续工作方式按下按钮，机械手从原点，按步序自动反复连续工作，在连续工作方式下设置两种停车状态正常停车在正常工作状态下停车。按下复位按钮，机械手在完成最后个周期的工作后，返回原点自动停机。紧急停车在发生事故或紧急状态时停车。按下紧急停车按钮，机械手停止在当前状态。当故障排除后，需手动回到原点。控制系统确定输入输出点数并选择型号输入信号位置检测信号下限上限右限左限共个行程开关，需要个输入端子。无工件检测信号用光电开关作检测元件，需要个端子。工作方式选择开关有手动单步单周期和连续种工作方式，需要个输如端子。手动操作需要有下降上升右移左移加紧放松个按钮，也需要个输入端子。自动工作尚需启动正常停车紧急停车个按钮，也需要个输入端子。以上共需要个输入信号。输出信号的输出用于控制机械手的下降上升右移左移加紧放松以三个电动机转速的控制等，共需要个输出点。机械手从原点开始工作，需要个原点指示灯，也需要个输出点。所以，至少需要个输出点。由于机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小型均可满足要求。根据所需的总点数并留有定的备用量，可选用，其输入和输出各点，继电器输出型。的各项工作参数已在第二章介绍，在此不在做介绍。分配的输入输出端子的输入输出端子分配接线图，如图所示。图输入输出分配接线图所需元器件明细表控制系统程序设计为了方便编程，可将手高压低温低压粉尘易爆有毒气体和放射性等恶劣的环境中，