【毕业论文】多用途气动机器人结构毕业设计说明书

设计气动机械手的原则是充分分析作业对象工件的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取搬运时的受力特性尺寸和质量参数等，从而进步确定对机械手结构及运行控制的要求尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制本次设计的机械手是通用气动上下料机械手如图所示，是种适合于成批或中小批生产的可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。

它可用于操作环境恶劣的场合。

图机械手的整体机械结构机械手的座标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式圆柱座标式球座标式和关节式。

由于本机械手在上下料时手臂具有升降收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。

相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加个手臂上下摆动的自由度。

如图所示图机械手的运动示意图机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。

机械手的手腕结构方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。

因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。

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。

机械手的主要技术参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为公斤。

二基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。

操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。

如图所示而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。

该机械手最大移动速度设计为。

最大回转速度设计为。

平均移动速度为。

平均回转速度为。

机械手动作时有启动停止过程的加减速度存在，用速度行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。

除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。

大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。

过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。

在这种情况下宜采用自动传送装置为好。

根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为，最大工作半径约为。

手臂升降行程定为。

定位精度也是基本参数之。

该机械手的定位精度为。

三用途用于自动输送线的上下料。

四设计技术参数抓重自由度数个自由度座标型式圆柱座标最大工作半径手臂最大中心高手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度手腕运动参数回转范围回转速度手指夹持范围棒料定位方式行程开关或可调机械挡块等定位精度驱动方式气压传动控制方式点位程序控制采用图机械手的工作范围第三章手部结构设计夹持式手部结构夹持式手部结构由手指或手爪和传力机构所组成。

其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式斜楔杠杆式齿轮齿条式弹簧杠杆式等。

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座标气动机械手。

它的手臂具有三个自由度，即水平方向的伸缩竖直方向的上下绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。

另外，其末端执行装置机械手，还可完成抓放功能。

以上各动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀每个阀有两个线圈，对应两个相反动作分别控制五个气缸，使机械手完成伸缩上下旋转及机械手抓放动作。

其中旋转运动用组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动。

这样，可用的个输出端与电磁阀的个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。

另外，除抓放外，其余六个动作末端均放置限位开关，以检测动作是否到位，如果动作没有到位，则出错指示灯亮。

控制要求为了满足生产需要，机械手应设置手动工作方式单动工作方式和自动工作方式。

手动工作方式便于对设备进行调整和检修，设置手动工作方式。

用按钮对机械手每动作单独进行控制。

单动工作方式从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按下次起动按钮，机械手完成步的工作后，自动停止。

自动工作方式按下起动按钮，机械手从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，机械手在完成最后个周期的动作后，返回原点自动停机。

气动机械手的工作流程如图所示气动机械手的工作流程如下当按下机械手启动按钮之后，首先立柱右转电磁阀通电，机械手右转，至右限位开关动作。

立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。

手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。

手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。

立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。

手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。

立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。

手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。

手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。

立柱左转电磁阀通电，机械手左转，至左限位开关动作。

手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。

手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。

立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。

手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。

手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。

完成次循环，然后重复以上循环动作。

按下停止按钮或停电时，机械手停止在现行的工步上，重新启动时，机械手按上工步继续工作。

图机械手自动控制工作流程框图启动立柱右转立柱上升手爪松开手腕逆时针转立柱下降手爪抓紧立柱上升手臂伸长手腕逆时针转立柱下降手臂伸长立柱左转手腕收缩手腕逆时针转手腕收缩分配根据系统输入输出点的数目，选用型，它有个输入点，标号为个输出点，标号为如表所示。

其它地址分配夹紧定时器，定时放松定时器，定时自动方式标志单动方式标志手动方式标志结束标志梯形图设计根据机械手的逻辑时序图及分配，可以画出控制梯形图。

控制梯形图可分为子程序部分和主程序部分。

子程序部分包括自动方式控制梯形图和手动方式控制梯形图。

自动控制方式梯形图如下网络机械手上升到位，停止上升并启动右移控制网络机械手右移到位，停止右移并启动下降控制网络机械手下降到位，停止下降并启动松开控制网络启动机械手下降网络机械手下降到位，停止下降并启动夹紧控制网络机械手夹紧并启动夹紧定时器，定时网络定时时间到，并且机械手没有下降时，启动上升图自动方式控制梯形图手动控制方式梯形图如下网络机械手松开并启动松开定时器，定时网络定时时间到，并且机械手没有下降时启动上升控制网络机械手上升到位，停止上升并启动左移控制网络机械手左移到位停止以阻止单动方式下的自动启动网络手动夹紧，采用置位和复位