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1、机械创新设计一气动机械手2010-2011第2学期姓名：班级：指导教师：成绩：日期：2011年7月-4L-A-刖百工业机器人由操作机（机械本体）、操纵器、伺服驱动系统与检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动操纵、可重复编程、能在三维空间完成各类作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳固、提高产品质量,提高生产效率，改善劳动条件与产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、操纵论、机构学、信息与传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人
2、并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长与机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应与分析推断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业与非产业界的重要生产与服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹与要求实现自动抓取、搬运或者操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称之“工业机械手二生产中应用机械手能够提高生产的自动化水平与劳动生产率:能够减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;特别在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体与放
3、射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配与轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的进展，制成了能够独立的按程序操纵实现重复操作，适用范围比较广的“程序操纵通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，习惯性较强，因此它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。才商5第早机械手.71. 1机械手的构成与分类7第二章机械手的设计方案131.1 机械手的座标型式与自由度141.2
4、 机械手的手部结构方案设计152. 3机械手的手腕结构方案设计153. 4机械手的手臂结构方案设计154. 5机械手的驱动方案设计165. 6机械手的操纵方案设计166. 7机械手的要紧参数162. 8机械手的技术参数列表17第三章手部结构设计193. 1手部设计19第四章手腕结构设计284. 1手腕的自由度284.2手腕的驱动力矩的计算29第五章手臂结构设计335. 1手臂伸缩与手腕回转部分345. 2手臂升降与回转部分375. 3手臂伸缩气缸的设计385. 4手臂伸缩、升降用液压缓冲器425. 5手臂回转用液压缓冲器42第六章气动系统设计446. 1气压传动系统工作原理图44第七章机械手的
5、PLC操纵设计467.1可编程序操纵器的选择及工作过程467. 2可编程序操纵器的使用步骤487.3机械手可编程序操纵器操纵方案49结论52本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的构成与分类，机械手的自由度与座标型式，气动技术的特点，PLC操纵的特点及国内外的进展状况。本文对机械手进行了总体方案设计，确定了机械手的座标型式与自由度，确定了机械手的技术参数。同时，分别设计了机械手的夹持式手部结构与吸附式手部结构;设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩与回转气缸的驱动力矩;设计了机械手的手臂结构，设计了手臂伸缩、升降用液压缓冲器与手臂回转用液压缓冲器。设计出了机械手的气动系统，
6、绘制了机械手气压系统工作原理图。利用可编程序操纵器对机械手进行操纵，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序操纵器的操纵方案，画出了机械手的工作时序图与梯形图，并编制了可编程序操纵器的操纵程序。关键词：工业机器人，机械手，气动，可编程序操纵器(PLC)ABSTRACTThisarticlebrieflyintroducestheconceptofindustrialrobots,robotformationandclassificationofdegreesoffreedomandthecoordinatesofthemanipulatormodel,thecharacter
7、isticsofpneumatictechnology,PLCcontrolfeaturesandstateofdevelopmentathomeandabroad.Inthispaper,theoverallmechanicaldesigninhand,todeterminethecoordinatesofthemanipulatortypesanddegreesoffreedomtodeterminethetechnicalparametersofthemanipulator.Atthesametime,weredesignedmanipulatorgripper-typehandstru
8、ctureandtheadsorptionofhandstructure;designedmanipulatorwriststructure,calculatedthewristrotationrequireddrivingtorqueandtherotarycylinderdrivingtorque;designedamanipulatorarmstructure,designedtelescopicarm,liftingthehydraulicshockabsorberandtherotaryhydraulicshockabsorberarm.Designedpneumaticmanipu
9、latorsystem,renderingtheworkofthemechanicalhandpressuresystemschematic.Programmablelogiccontrollertocontrolthemanipulator,selecttheappropriatePLCtype,accordingtotheworkflowmanipulatordevelopedPLCcontrolprogram,drawatimingdiagrammanipulatorandladderwork,andpreparedtoprogrammedcontrollercontrolprogram
10、.KEYWORDS：industrialrobot,robot,pneumatic,programmablelogiccontroller(PLC)气动机械手第一章机械手概况机械手的构成与分类机械手的构成1.1机械手的构成与分类1.1.1机械手的构成机械手要紧由执行机构、驱动系统、操纵系统与位置检测装置等所构成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。图I-I机械手的构成方框图执行机构（一）执行机构包含手部、手腕、手臂与立柱等部件，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一致，可分为夹持式与吸附式手部。夹持式手部由手指（或者手爪）与传力机构所构成。手指是与物件直
11、接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型与平移型。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（是外廓或者是内孔）与物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的与曲面的:手指有外夹式与内撑式;指数有双指式、多指式与双手双指式等。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，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式与重力式等。吸附式手部要紧由吸盘等构成，它是靠吸附力
12、（如吸盘内形成负压或者产生电磁力）吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘与电磁盘两类。关于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式与真空泵式。关于导磁性的环类与带孔的盘类零件，与有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁与交流电磁铁产生。用负压吸盘与电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸与重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式（如浇铸机械手的浇包部分）、托式（如冷齿轮机床上下料机械手的手部）等型式.手腕手臂立柱2手腕是连接手部与手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿势）。3、手臂手臂是支承
13、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、螺旋机构与凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或者电机等）相配合，以实现手臂的各类运动。手臂可能实现的运动如下：鼓运动:如情、升朱横艇办基本运动,（回转醐如水平回去上下阖（即运动。驰艇动的帼（W赚运动）,手村复合运动两直线运动的船（SPfB）.【两回转瓯触合用空间曲面运礼手臂在进行伸缩或者升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩与扭转力矩与手
14、臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱与V形槽、燕尾槽等导向型式。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也能够是手臂的一部分，手臂的回转运动与升降（或者俯仰）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有的时候也可作横向移动，即称之可移式立柱。5、行走机构行走机构当工业机械手需要完成较远距离的操作，或者扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分为有轨的与无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6、机座机座驱动系统机座是机
15、械手的基础部分，机械手执行机构的各部件与驱动系统均安装于机座上，故起支撑与连接的作用。（二）驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、操纵调节装置与辅助装置构成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动与机械传动。操纵系统（三）操纵系统操纵系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的操纵系统通常由程序操纵系统与电气定位（或者机械挡块定位）系统构成。操纵系统有电气操纵与射流操纵两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并经历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），同时按其操纵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，当动作有错误或者发生故障时即发出报警信号。（四）位置检测装置位置检测装置操纵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操纵
