【毕业论文】四自由度气动式机械手毕业设计说明书

气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。

大约开始于年，发明能产生个大气压左右压力的空气压缩机。

年，人们第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。

世纪年代初，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。

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。

在年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。

年代进入气动集成化微型化的时代。

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，现代传基于控制四自由度气动式机械手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。

年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人阿基里斯六脚勘探员，是气动技术控制技术和传感技术完美结合产生的六足动物。

个脚中的每个脚都有个自由度，个直线气缸把脚提起放下，个摆动马达控制脚伸展退回运动，另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器人，它集遥感技术和真空技术于体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。

电子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部腰部手能与人类样弯曲运动，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。

电子气动机器人集电子技术气动技术和人工智能为体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人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。

机械手未来的发展趋势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，如果个机器人定位不够精确，通常会显示个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。

重复精度限定的是个随机误差的范围，它通过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。

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代气动机械手的个重要特点。

模块化气动机械手使同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，是气动机械手的个重要的发展方向。

智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。

因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。

基于控制四自由度气动式机械手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。

机电气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，而的输出功率在增大，由直接控制线圈变得越来越可能。

气动机械手气动控制越来越离不开，而阀岛技术的发展，又使在气动机械手气动控制中变力总，设启动的角速度，启动时间，所以基于控制四自由度气动式机械手总惯回密，的计算为了方便计算，驱密，回所以驱回惯密驱驱回转气压缸参数计算如下设，工作压力，则由驱得驱所以圆整取气压缸的内径为。

本章小结本章对机械手的腰部和机座部分进行了设计计算，确定了腰部气缸的内径和活塞杆直径，算出了壁厚，并对活塞杆的稳定性进行了校核。

导向装置采用双向导杆，在横梁端部加装平衡装置减少倾覆力矩。

基于控制四自由度气动式机械手机械手的控制系统设计气压传动系统工作原理图图为机械手的气压传动系统工作原理图，表为气路元件图。

气源是由空气压缩机通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器调压阀油雾器这气动三联件，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。

图四自由度机械手气路原理图表气路元件图序号型号规格名称数量手动截止阀储气缸分水滤气器减压阀油雾器压力继电器二位二通电磁阀二位五通电磁阀单向节流阀行程开关基于控制四自由度气动式机械手可编程序控制器的选择及工作过程可编程序控制器的选择国际上生产可编程序控制器的厂家很多，有日本三菱公司的系列，德国西门子公司的系列日本立石公司的型型等。

考虑到本课题机械手的输入输出点少，流程简单，同时又要考虑到成本，因此选择了三菱电机公司的系列。

可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。

为此采用了循环扫描的工作方式。

具体的工作过程可分为四个阶段。

第阶段是初始化处理。

可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。

输入输出状态暂存器也称为状态表该表是个专门存放输入输出状态信息的存储区。

其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。

开机时，首先使状态表清零，然后进行自诊断。

当确认其硬件工作正常后，进入下阶段。

第二阶段是处理输入信号阶段。

在处理输入信号阶段，对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到状态表中存放。

在同扫描周期内，各个输入点的状态在状态表中直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。

第三阶段是程序处理阶段。

当输入状态信息全部进入状态表后，工作进入到第三个阶段。

在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入状态表的输出状态暂存器中。

第四阶段是输出处理阶段。

对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到状态表状态暂存器中。

此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。

然后，又返回执行下个循环的扫描周期。

可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象机器设备或生产过程构成个自动控制系统时，通常以七个步骤进行系统设计基于控制四自由度气动式机械手即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。

分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号。

此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器定时器等也要进行分配。

可编程序控制器是通过编号来识别信号的。

画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。

如果使用图形编程器或，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。

对简易编程器，则往往要经过下步的助记符程序转换过程。

助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。

编制程序即检查程序中每条语法，若有则修改。

这项工作在编程器上进行。

调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。

程序设计包括画梯形图助记符程序编辑甚至调试也可在别的工具上进行。

如机，只要这个机器配有相应的软件。

保存程序调试通过的程序，可以固化在中或保存在磁盘上备用。

机械手可编程序控制器控制方案控制系统的工作原理及控制要求控制对象为圆柱坐标式气动机械手。

它具有四个自由度，手腕的旋转，手臂的伸缩，腰部的上升下降及机座的旋转。

此外，末端执行装置还可完成抓放功能。

以上各动作都采用气动方式驱动。

气动方式用四个二位五通电磁阀分别控制四个气缸，个二位二通电磁阀控制夹紧气缸，使机械手完成手腕旋转手臂伸缩腰部升降机座旋转和手爪张合动作。

这样，可用的个输出端与电磁阀相连，经过编程，使电磁阀各线圈按定顺序启动，使机械手按预先安排的动作顺序工作。

控制要求为了满足工作需要，机械手应该设置手动工作方式和自动工作方式。

基于控制四自由度气动式机械手手动工作方式手动工作方式分为手动操作和回原点操作，这样便于对设备进行调试。

使用者可以用按钮对机械手每动作单独进行控制。

自动工作方式自动工作方式分为单步，单周期和连续运行。

按下起动按钮，机械手根据所选择的方式运行。

气动机械手的工作流程气动机械手的自动控制工作流程如图所示手臂伸出腰部下降手爪夹紧腰部上升机座逆时针旋转手臂缩进腰部下降手爪放开腰部上升停止按钮结束手腕逆时针转手腕顺时针转机座顺时针转图机械手自动控制工作流程框图基于控制四自由度气动式机械手分配及原理接线图根据系统输入输出点的数目，选用三菱公司的系列，它有个输入点个输出点。

原理接线图如图所示。

图原理接线图梯形图设计根据机械手