袋式货品搬运机器手系统设计(附件)
摘 要本文从生产实际要求出发，首先对我国袋式货品搬运的现状进行描述和分析，目前我国袋包装产量巨大但是搬运的工作效率低下，因此这个袋式货品搬运机械手的设计十分重要。在对袋式物品的特性及运动过程进行深入研究的基础上，完成了搬运机械手的结构和控制设计两大部分。设计了机械手的手部结构；选择了机械手的驱动方式为气动；使用了合理的手指结构；根据各部分气缸所需的驱动力，确定出手指主要尺寸，完成对气缸的选型。设计合理的气路控制回路，实现竖直运动驱动系统和料手的抓紧和放松。为了实现速度可控和定位准确，采用了传感器装置。速度传感器检测手爪开闭的速度，位置传感器检测目标物体是否到位，就信号反馈给控制器PLC，从而行成一个闭环的系统，最终实现机械手搬运货品的目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本课题研究的背景和意义 1
1.2机械手的概述 1
1.3本次设计应设计的内容 2
第二章 机械手总体方案设计 3
2.1 工作任务要求 3
2.2驱动方案的选择 4
2.3控制方案的选择 4
第三章 机械手手部设计 6
3.1手部的种类及设计注意事项： 6
3.2 末端执行器的设计 6
3.2.1 机器人抓取分析 6
3.2.2 夹持器的结构 7
3.2.3通气流量与气缸活塞杆移动速度的关系 11
第四章 机械手气动控制系统设计 12
4.1气动控制系统 12
4.2 气动辅助元件的选取 13
第五章 机械手控制系统的设计 14
5.1系统整体控制设计方案 14
5.2 PLC控制的程序流程 15
5.4控制系统硬件设计 16
5.4.1 I/O点的地址分配 16
5.4.2 PLC的接线图 17
5.5 控制系统软件设计 17
第一章 绪论
1.1本课题研究的背景和意义
化肥、饲料、粮食、水泥、面粉等粉粒形状的物料多数采用袋包装运输，并且这些物料的产量很大，根据中国国粮报告显示：2013年全国
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
稻谷产量为1.907亿吨， 2014年中国稻谷的总产量达到1.985亿吨，这个数据折合成大米大约是1.46亿吨。水泥产量达到13.7吨，化肥产量约为5876.98万吨，粮食年产粮约为4.32亿吨。我国一直还是以人力比如说人力抬运、小车拉运的方式完成袋装物料的仓库搬运以及装卸，这样的搬运不仅工作效率低下，而且劳动力花费相当大。在有粉尘等有毒颗粒的环境下工作，会对劳动者还有周围环境造成污染，危害着工人的身心健康。我们之所以提出采用机械手去装载跟卸取袋装物料，是因为袋装物料具有袋体松软，易变形，在堆放的时候袋与袋之间的距离小且形状不规则等特点，这给机械化的搬运无形之中带来了不小的难度。运用机械手搬运物料不仅可以对生产车间的袋装物料进行搬运，而且可以对仓库的袋装物料进行堆垛，当有小车等运输工具时机械手还可以配合其进行装卸。机械手可以减轻工人的劳动强度以及他们的工作环境完全依赖于它可以可靠地抓取、灵活地移动、智能地控制等优点来装卸袋装物料。因此由机器人替代人工搬运袋式货品就成为一种不错的选择，对袋式货品的搬运的研究也成为国内工程项目研究的热点之一。
我国之所以使用机器人搬运袋装物料的前景广阔是因为我国有大量的袋装物料要进行运输，在这种情况下机器人搬运就体现出它的自动化水平高、物流技术好的优点，而且还提高了搬运的工作效率。
我国的搬运机器人技术已经相对成熟，在此基础上我们对它的末端执行器进行了进一步的优化，可以在对其外观、结构、性能等方面进行改进，能够得到一种适合各种袋式货品搬运的机械手。
1.2机械手的概述
机械手，顾名思义它是可以模仿人手的一系列动作的机器，它可以按照人类给定的轨迹以及程序完成自动抓取、搬运物品。机械手能代替人类完成人所不适宜或人力所不及的工作。我们对于机械手的要求越来越高：实用性更高、专业性更强，经济性要求也已经摆到了人类的面前，因此操作方便、结构简单、能满足功能要求的而且还具有一定可靠性的小型机械手需求量越来越大。
从50年代开始人们就已经研发了可以固定动作的机械手(行程开关控制)，到了60年代，我们又开始研究数控的机械手，机器人的研发在70年代末也在如火如荼的进行中。工业机器人与智能机器人已进入我国的八五计划、九五计划科技发展计划及863高技术规划，它们受到人们越来越多的重视。机械手的应用和研究在我国才处于起步阶段，但是它已显示出许多特殊的优点，并且展现出了广阔的前景。我国对于机械手的研究跟应用主要体现在：
（1）通过实验对机械手的基础性能进行实验，对其基础理论进行研究，解决其存在的制造技术问题进行。
（2）针对易燃易爆、高粉尘、有毒等恶劣的工作环境有计划的对机械手的进行推广和研究
（3）为了生产节奏和生产效率的需要，有效的提高机械手工作的 速度跟精确度。优化机械手的定性、定点、定量设计，对机械手的运动速度、缓冲以及定位技术进行研究，实现机械手在生产中的现代化与标准化。
现在的生产模式趋于中小批量生产，所以国内外研制的“程序控制通用机械手”具有按程序控制独立实现重复操作的功能，它的研制很快的改变了工作程序，并且适应力强，进而的得到了广泛的应用。
1.3本次设计应设计的内容
本课题设计的机器手是搬运机器人的末端执行机构，而机器手在空间的位置是由机器人本体的关节位置来实现的，本设计的重点在于对机器手的设计。机器手抓取的袋装物品的质量是50KG，包装袋材质为软性包装袋，长宽高为600mm*400mm*200mm, 抓取、放松动作时间： 。
其被控对象为机器手爪。被控对象所需完成任务是对袋装物品的抓和放(即手爪的开和闭)。驱动被控对象实现动作的装置：即驱动系统。常见的驱动系统有三种：气动、液动、电动。控制器：有单片机、PLC、工控机 三种方案可选。被测变量：手爪的开度、手爪抓取位置、移动速度。测量装置：采用传感器，即速度传感器，位置传感器。
第二章 机械手总体方案设计
机械手是一种典型的机电一体化产品，需要基于整体，对系统进行合理配置，每一部分的任务和功能，对与提高系统的整体性能，简化结构，降低成本起着举足轻重的作用。对于应用于物品搬运、堆垛的机械手，我们通过系统的观点进行整体功能的分析设计，它是实现机械手的灵活性、高可靠性、经济性系统设计不可或缺的重要环节。
控制部分、传感部分、机械部分是一个完整工业机械手的三个重要组成部分。人机交互系统跟控制系统构成机械手的控制部分，机器人与环境交互系统以及感知系统构成机械手的传感部分，最后机械驱动系统和具体机械结构系统组成了机械部分。
本课题的研究对象是袋式货品的抓取搬运，对机械手在系统中的应用进行研究，旨在对机械手的基本技术参数和任务要求进行确定，设计机械手的总体方案。
2.1 工作任务要求
整题思路如下，本设计需要对速度和位置进行测量，并将此测量值反馈到输入端与预期输出值（即输入值）进行比较，由此所得偏差，形成控制量来控制被控对象因此该系统为闭环系统。
其被控对象为机器手爪。被控对象所需完成任务是对袋装物品的抓和放(即手爪的开和闭)。驱动被控对象实现动作的装置：即驱动系统。常见的驱动系统有三种：气动、液动、电动。控制器：有单片机、PLC、工控机 三种方案可选。被测变量：手爪的开度、手爪抓取位置、移动速度。测量装置：采用传感器，即速度传感器，位置传感器。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本课题研究的背景和意义 1
1.2机械手的概述 1
1.3本次设计应设计的内容 2
第二章 机械手总体方案设计 3
2.1 工作任务要求 3
2.2驱动方案的选择 4
2.3控制方案的选择 4
第三章 机械手手部设计 6
3.1手部的种类及设计注意事项： 6
3.2 末端执行器的设计 6
3.2.1 机器人抓取分析 6
3.2.2 夹持器的结构 7
3.2.3通气流量与气缸活塞杆移动速度的关系 11
第四章 机械手气动控制系统设计 12
4.1气动控制系统 12
4.2 气动辅助元件的选取 13
第五章 机械手控制系统的设计 14
5.1系统整体控制设计方案 14
5.2 PLC控制的程序流程 15
5.4控制系统硬件设计 16
5.4.1 I/O点的地址分配 16
5.4.2 PLC的接线图 17
5.5 控制系统软件设计 17
第一章 绪论
1.1本课题研究的背景和意义
化肥、饲料、粮食、水泥、面粉等粉粒形状的物料多数采用袋包装运输，并且这些物料的产量很大，根据中国国粮报告显示：2013年全国
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
稻谷产量为1.907亿吨， 2014年中国稻谷的总产量达到1.985亿吨，这个数据折合成大米大约是1.46亿吨。水泥产量达到13.7吨，化肥产量约为5876.98万吨，粮食年产粮约为4.32亿吨。我国一直还是以人力比如说人力抬运、小车拉运的方式完成袋装物料的仓库搬运以及装卸，这样的搬运不仅工作效率低下，而且劳动力花费相当大。在有粉尘等有毒颗粒的环境下工作，会对劳动者还有周围环境造成污染，危害着工人的身心健康。我们之所以提出采用机械手去装载跟卸取袋装物料，是因为袋装物料具有袋体松软，易变形，在堆放的时候袋与袋之间的距离小且形状不规则等特点，这给机械化的搬运无形之中带来了不小的难度。运用机械手搬运物料不仅可以对生产车间的袋装物料进行搬运，而且可以对仓库的袋装物料进行堆垛，当有小车等运输工具时机械手还可以配合其进行装卸。机械手可以减轻工人的劳动强度以及他们的工作环境完全依赖于它可以可靠地抓取、灵活地移动、智能地控制等优点来装卸袋装物料。因此由机器人替代人工搬运袋式货品就成为一种不错的选择，对袋式货品的搬运的研究也成为国内工程项目研究的热点之一。
我国之所以使用机器人搬运袋装物料的前景广阔是因为我国有大量的袋装物料要进行运输，在这种情况下机器人搬运就体现出它的自动化水平高、物流技术好的优点，而且还提高了搬运的工作效率。
我国的搬运机器人技术已经相对成熟，在此基础上我们对它的末端执行器进行了进一步的优化，可以在对其外观、结构、性能等方面进行改进，能够得到一种适合各种袋式货品搬运的机械手。
1.2机械手的概述
机械手，顾名思义它是可以模仿人手的一系列动作的机器，它可以按照人类给定的轨迹以及程序完成自动抓取、搬运物品。机械手能代替人类完成人所不适宜或人力所不及的工作。我们对于机械手的要求越来越高：实用性更高、专业性更强，经济性要求也已经摆到了人类的面前，因此操作方便、结构简单、能满足功能要求的而且还具有一定可靠性的小型机械手需求量越来越大。
从50年代开始人们就已经研发了可以固定动作的机械手(行程开关控制)，到了60年代，我们又开始研究数控的机械手，机器人的研发在70年代末也在如火如荼的进行中。工业机器人与智能机器人已进入我国的八五计划、九五计划科技发展计划及863高技术规划，它们受到人们越来越多的重视。机械手的应用和研究在我国才处于起步阶段，但是它已显示出许多特殊的优点，并且展现出了广阔的前景。我国对于机械手的研究跟应用主要体现在：
（1）通过实验对机械手的基础性能进行实验，对其基础理论进行研究，解决其存在的制造技术问题进行。
（2）针对易燃易爆、高粉尘、有毒等恶劣的工作环境有计划的对机械手的进行推广和研究
（3）为了生产节奏和生产效率的需要，有效的提高机械手工作的 速度跟精确度。优化机械手的定性、定点、定量设计，对机械手的运动速度、缓冲以及定位技术进行研究，实现机械手在生产中的现代化与标准化。
现在的生产模式趋于中小批量生产，所以国内外研制的“程序控制通用机械手”具有按程序控制独立实现重复操作的功能，它的研制很快的改变了工作程序，并且适应力强，进而的得到了广泛的应用。
1.3本次设计应设计的内容
本课题设计的机器手是搬运机器人的末端执行机构，而机器手在空间的位置是由机器人本体的关节位置来实现的，本设计的重点在于对机器手的设计。机器手抓取的袋装物品的质量是50KG，包装袋材质为软性包装袋，长宽高为600mm*400mm*200mm, 抓取、放松动作时间： 。
其被控对象为机器手爪。被控对象所需完成任务是对袋装物品的抓和放(即手爪的开和闭)。驱动被控对象实现动作的装置：即驱动系统。常见的驱动系统有三种：气动、液动、电动。控制器：有单片机、PLC、工控机 三种方案可选。被测变量：手爪的开度、手爪抓取位置、移动速度。测量装置：采用传感器，即速度传感器，位置传感器。
第二章 机械手总体方案设计
机械手是一种典型的机电一体化产品，需要基于整体，对系统进行合理配置，每一部分的任务和功能，对与提高系统的整体性能，简化结构，降低成本起着举足轻重的作用。对于应用于物品搬运、堆垛的机械手，我们通过系统的观点进行整体功能的分析设计，它是实现机械手的灵活性、高可靠性、经济性系统设计不可或缺的重要环节。
控制部分、传感部分、机械部分是一个完整工业机械手的三个重要组成部分。人机交互系统跟控制系统构成机械手的控制部分，机器人与环境交互系统以及感知系统构成机械手的传感部分，最后机械驱动系统和具体机械结构系统组成了机械部分。
本课题的研究对象是袋式货品的抓取搬运，对机械手在系统中的应用进行研究，旨在对机械手的基本技术参数和任务要求进行确定，设计机械手的总体方案。
2.1 工作任务要求
整题思路如下，本设计需要对速度和位置进行测量，并将此测量值反馈到输入端与预期输出值（即输入值）进行比较，由此所得偏差，形成控制量来控制被控对象因此该系统为闭环系统。
其被控对象为机器手爪。被控对象所需完成任务是对袋装物品的抓和放(即手爪的开和闭)。驱动被控对象实现动作的装置：即驱动系统。常见的驱动系统有三种：气动、液动、电动。控制器：有单片机、PLC、工控机 三种方案可选。被测变量：手爪的开度、手爪抓取位置、移动速度。测量装置：采用传感器，即速度传感器，位置传感器。
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