【正文】 手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 機(jī)械手的組成和分類 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo) 志。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人 /機(jī)械手 /氣動(dòng) /可編程序控制器（ PLC） 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 3 ABSTRACT At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dary information of the development briefly . What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic. The paper introduces the function, posing and classification of the manipulator , tells out the freedegree and the form of coordinate . At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator, The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator , This paper designs the structure of the wrist , putes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump. The paper designs the structure of the arm. The paper designs the system of air pressure drive and draws the work principle chart , the manipulator uses PLC to control . The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator . The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart . What’s more , the paper workout the control program of the PLC , KEY WORDS industrial robot, manipulator , pump , air pressure drive , PLC 目 錄 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 4 目錄 .........................................................1 文摘 .........................................................3 Abstract.....................................................3 1 緒論 機(jī)械手概述 .............................................4 機(jī)械手的組成和分類 .....................................4 機(jī)械手的組成 ????????????????????? 5. 機(jī)械手的分類 ????????????????????? 6 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .. ...........................................................................................7 課題的提出及主要任務(wù) ……………………………………………… 8 課題的提出 ?????????????????????? 9 課題的主要任務(wù) ???????????????????? 2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 ??????????????? .10 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ……………………………………… .11 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ……………………………………… ..12 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ……………………………………… .12 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) …………………………………………… .12 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) ????????? ???????? ..12 機(jī)械手的主要參數(shù) ??????????????????? ..12 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 …………………………………………… 12 3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu) …………………………………………………… .14 手指的形狀和分類 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 5 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手腕的自由度 ……………………………………………………… .18 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 …………………………………………… ..19 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 校核 5 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮部分 尺寸設(shè)計(jì)與校核 …………………………………… ..24 尺寸設(shè)計(jì) 尺寸 校核 導(dǎo) 向裝置 平衡裝置 手臂升降部分 尺寸設(shè)計(jì)與校核 …………………………………… 26 尺寸設(shè)計(jì) 尺寸 校核 手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計(jì) 與校核 …………………………………… 27 尺寸設(shè)計(jì) 尺寸 校核 6 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 ………………………………………… 29 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制 ………………………… 30 7 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 可編程序控制器的選擇及工作過程 ……………………………… .31 可編程序控制器的選擇 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器的使用步驟 ……………………………………… .31 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 ………………………………… ..32 8 結(jié)論 ………………………………………………………………… ...36 致謝 ...………………………………………………………………………… .37 參考文獻(xiàn) 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 6 1 緒 論 工業(yè)機(jī)械手概述 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī) (機(jī)械本體 )、控制四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 7 器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。 設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，對氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。同時(shí)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 1 XXXXX學(xué)院 專科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題 目 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名 ： 36878046 專業(yè)班級 機(jī)電一體化 ZB821103 學(xué) 號 院 (系 ) 機(jī)電工程系 指導(dǎo)教師 (職稱 ) 張忠雨 老師 完成時(shí)間 20 年 月 日 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 2 四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 摘 要 本文簡要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械 手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)， PLC控制的特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。 本文對機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。 利用可編程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的 PLC型 號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 .機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率 :可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) 。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 .機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21所示。 手部 即與物件接觸的部件。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置 .工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等 )與驅(qū)動(dòng)源 (如液壓、氣壓或電機(jī)等 )相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手的立柱 I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。滾輪式分為有軌的和無軌的兩種。 機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 (三 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。在性四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn) 10 能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立