【正文】 前端，可以轉(zhuǎn)動、開閉手指。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。本設(shè)計采用二指的構(gòu)造。為了使機械手能夠正確地工作，手臂的三個自由度都需要精確地定位。軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機構(gòu)的機架。其中以電氣、氣動用得最多，占90％以上，液壓、機械驅(qū)動用得較少。氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣馬達、氣閥等。本設(shè)計的手爪部分采用氣壓驅(qū)動。通用機械手則考慮采用步進電動機、直流或交流的伺服電動機、變速箱等。機械驅(qū)動只適用于動作固定的場合。機械手的控制分為點位控制和連續(xù)軌跡控制兩種，目前以點位控制為主，占90％以上。對動作復(fù)雜的機械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計算機或微處理機控制的系統(tǒng)。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC的特點可編程控制器是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；（2）各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10～20ms；（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。豐富的I/O接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強電或弱電等。編程簡單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。 PLC的選型對于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。同時還要考慮其經(jīng)濟實用性以及工作環(huán)境對其的影響。西門子的中國業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活躍在中國的信息與通訊、自動化與控制、電力、交通、醫(yī)療、照明以及家用電器等各個行業(yè)中，其核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)解決方案。OMRON的可編程序控制器更加小型化。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場創(chuàng)造了新的環(huán)境。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴展及維護都可簡單進行。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對應(yīng)機械動作流程進行順序設(shè)計的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。其FX2N PLC還可以采用作為擴展設(shè)備的硬件計數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。同時還應(yīng)當(dāng)考慮將來工藝的變化和擴展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個控制系統(tǒng)可靠。根據(jù)設(shè)計要求，最終選擇西門子的S7200系列的PLC,其型號為：S7CPU226。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲器和各種輸入、輸出接口。PLC是用微處理器實現(xiàn)繼電器、定時器和計數(shù)器以及A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進行它們之間的聯(lián)系。PLC主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置和電源等組成。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。存儲器 PLC的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。PLC外部輸出電路的作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過輸出接口電路驅(qū)動外部的負(fù)載（如接觸器線圈、電磁閥、指示燈等）。電源 電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電源。第三章 機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械手的結(jié)構(gòu)概述機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。通常根據(jù)機械手各部分的功能，其機械部分主要由下列各部分構(gòu)成：手部機械手為了進行作業(yè)，在手腕上配置了操作機構(gòu)，有時也稱為手抓或末端操作器，是來握持工件或工具的部件。手腕手腕是聯(lián)接手部和手臂的部分，其作用是改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂。180度旋轉(zhuǎn)的手腕。機械手的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運動有關(guān)的部件，如傳到機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、導(dǎo)向定位裝置、支承聯(lián)接和位置檢測元件等。本設(shè)計共用了三個臂，有伸縮型臂部結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動型臂部結(jié)構(gòu)。機身 機身是機械手的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。常用的機身結(jié)構(gòu)有：升降回轉(zhuǎn)型機身結(jié)構(gòu)、俯仰型機身結(jié)構(gòu)、直移型機身結(jié)構(gòu)、類人機器人機身結(jié)構(gòu)。 機械手的運動自由度物體上任何一點都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān)。自由度是指描述物體運動所需的獨立坐標(biāo)數(shù)，為了抓取空間中任意位置和方位的物體，三維空間需要6個自由度 。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。 一般固定程序的機械手，動作比較簡單，自由度數(shù)較少。一般說來，機器人靠近機座的3個自由度是用來實現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個自由度來定出末端執(zhí)行器的方位；7個以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。計算機械手的自由度時，末端執(zhí)行器的夾持器動作是不計入的，因為這個動作不改變工件的位置和姿態(tài)。 本設(shè)計的通用機械手的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，為了滿足設(shè)計要求，在本設(shè)計中關(guān)于機械手的自由度的選擇為5個。分別由步進電機升降氣缸、直流電機、步進電機1和手爪加緊放松氣缸控制。機械手的手部是重要的執(zhí)行機構(gòu)。我們可根據(jù)設(shè)計的要求，選擇外夾夾鉗式v型指手部結(jié)構(gòu)。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸1中的齒條活塞桿8在壓縮空氣作用下右移，經(jīng)齒條推動齒輪7并帶動扇形齒軸5回轉(zhuǎn)，因手指6與扇形齒輪5固結(jié)為一體，所以兩個手指同時回轉(zhuǎn)而夾緊工件。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機構(gòu)。在此次設(shè)計中，我們可有如下參數(shù) 要求抓取工件的重量為30N,V型指的角度2θ=120176。當(dāng)工件重量，手指指形，工件的形狀和夾持的方位確定后（可有圖1 的形狀和方位確定），可得(1)夾力的計算公式： =130N (2)根據(jù)手部機構(gòu)的傳動示意圖圖5所示，其驅(qū)動力為 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖（3）實際驅(qū)動力 P—驅(qū)動力，N—手部的機械效率，~—安全系數(shù)，~—工作狀況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可按下式估計，—被抓取工件運動時的最大加速度，—運載時工件最大上升速度—系統(tǒng)達到最高速度的時間， ~g—重力加速度，g=∕G—被抓取工件所受重力（N）在此中，因為傳動機構(gòu)為齒輪齒條機構(gòu)，故取η=，取=, ， 手腕 此設(shè)計的手腕上端連著絲桿，從而使整個手部可以順利水平移動，下端連著手部，將載荷從手部傳遞到桿上。(接進氣氣源)、1個正動作出氣孔和1個反動作出氣孔(分別提供給目標(biāo)設(shè)備的一正一反動作的氣源)、1個正動作排氣孔和1個反動作排氣孔(常常安裝消聲器)。 給反動作線圈通電，則反動作氣路接通(反動作出氣孔有氣)，即使給反動作線圈斷電后反動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給正動作線圈通電為止。 步進電機可以使氣缸和下面承載的夾持器一體轉(zhuǎn)動，從而可以控制手的順利轉(zhuǎn)動177。這樣大大提高了機械手的活動空間。步進電機的角度和轉(zhuǎn)動的方向是由PLC控制的。 直流電機選用的型號為5D9024。負(fù)載轉(zhuǎn)速為2800轉(zhuǎn)， 驅(qū)動芯片L298N通過控制直流電機的啟停從而控制絲桿螺母的移動，這樣可方便精確地控制機械手的手部的移動。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動。其實物圖如下：圖3 .4 滾珠實物圖滾珠絲桿具有很多優(yōu)點：與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3； 高精度的保證； 運動平穩(wěn)；同步性好。s178。 機身 機身包括立柱和底座，立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系，機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。其示意圖為： 機身示意圖 本設(shè)計的總體要求 前已講到，有很多種機械手，其實現(xiàn)的功能各種各樣，而此設(shè)計的機械手是搬運機械手，實現(xiàn)的是按照固定順序?qū)⒋庸さ墓ぜ岬絺鬏攷?。?單步運行：從初始步開始，按一下啟功按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并停留在該步。單步方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。⑵ 單周期運行：每按一次啟動按鈕后，機械手從原點起始步開始，按照工序順序自動完成一個周期的動作后停止，返回有效期停在初始步。⑶ 連續(xù)運行：在初始狀態(tài)下，按下啟動按鈕后，機械手從初始步開始，工作一個周期后，又開始進行下一個周期，自動、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。之后夾持器抓住物塊，待兩秒鐘后反旋轉(zhuǎn)，再由氣壓驅(qū)動向上縮回去，步進電機2也是根據(jù)當(dāng)前抓取的是哪個物件而決定旋轉(zhuǎn)多少角度，之后直流電機啟動通過滾珠絲桿向前方伸開大臂，待到一定長度時，下降小臂，釋放物塊。若按下停止鍵，則機械手待完成一個工作周期后停止。 氣壓傳動簡介氣壓傳動與控制技術(shù)簡稱氣動技術(shù)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進行能量與信號的傳遞，實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化的一門技術(shù)，它是流體傳動與控制學(xué)科的一個重要組成部分。由于氣動技術(shù)相對于機械傳動、電傳動及液壓傳動而言有許多突出的優(yōu)點，因而近年來發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在氣動技術(shù)結(jié)合了液壓、機械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點，并與它們相互補充，成為現(xiàn)實生產(chǎn)過程自動化的一個重要手段，在機械、冶金、紡織、食品、化工、交通運輸、航空航天、國防建設(shè)等各個部門已得到廣泛的應(yīng)用。氣動系統(tǒng)由氣源、氣動、三聯(lián)件OZ、電磁閥、節(jié)流閥和各種氣缸組成。壓縮空氣經(jīng)氣源三聯(lián)件再次過濾、凈化、調(diào)壓、霧化后經(jīng)手動換向閥后分別進入三只電磁換向閥。電磁閥均選用AIRTAC公司型號為4V110－M5的產(chǎn)品，氣缸選用SMC公司的產(chǎn)品。為了使各執(zhí)行元件運動平穩(wěn)，各