气动搬物机械手系统设计(附件)
摘 要如今的社会正在向信息化社会发展，机械手作为新兴产业和先进制造行业的支撑技术，在现在以及不久以后的将来的社会生产发展的过程中，机械手将起到越来越重要的作用。本次本科生毕业设计的气动搬运机械手系统，其中包括机械手的总体方案设计、机械手机械部分的设计以及控制系统的设计等，实现了机械手两个自由度的运动手臂的伸缩、手臂的升降以及手指的夹紧运动，设计中充分考虑了机械手的功能要求以及夹持零件的形状、半径，通过气压驱动来控制手臂的伸缩、手臂的升降和手指的夹紧运动。控制系统采用西门子S7-200系列的可编程序控制器来控制气动搬运机械手完成将零件从A处水平搬运到B处的工作。利用PLC结合相应的硬件装置，控制搬运系统完成各种动作。本次设计的PLC控制的气动搬运机械手具有结构简单，操作方便的优良性能，在实际生产运用中具有重大意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手概述 1
1.2机械手的组成以及分类 2
1.3课题研究的主要任务 3
第二章 总体方案的设计 4
2.1设计要求 4
2.2搬运机械手驱动方案的设计 4
2.3系统总体设计框图 5
2.4搬运机械手的坐标形式 5
2.5机械手设计示意图 6
第三章 气动搬运机械手的机械设计 7
3.1搬运机械手的手部方案设计 7
3.2机械手手腕的设计 12
3.3手臂升降气缸的设计 13
3.4手臂伸缩气缸的设计 14
3.5空气压缩机的选型 14
第四章 气动回路的设计 15
4.1气动原理图 15
4.2电磁铁动作程序表 16
4.3部分控制回路的设计 16
第五章 机械手控制系统设计 18
5.1机械手的动作过程 18
5.2PLC的I/O分配表 19
5.3PLC控制器的CPU选择 19
5.4梯形图 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
机械手概述
机械手是模仿人的手指和手臂运动的一种比较实用的机电一体化的机器，随着人们社会生活水平的提高，廉价的劳动生产力变得越来越高昂，所以，用机器工作代替人力劳动，大幅提高了工业生产力。机械手作为近几年刚涌现的新兴技术产业，很快的被运用到大工业的机器生产中。在未来几年内，机械手将会本运用到更多的生产行业中，在工业生产中将起到越来越重要的作用。
社会工业生产力的快速持续增长导致了工业机械手的产生，机械手的应用已经涉及到人们日常生产的生活当中。如切割玻璃使用的机械手，喷漆使用的机械手，焊接使用的机械手，搬运大型工件的机械手，装卸零件使用的机械手等在工业中都有较为广泛的运用。机械手在工业上的广泛运用不仅提高了社会生产力，还提高了生产效率，降低了人为劳动的不安全系数。机械手的研究与拓展已经成为时代发展的必要，以后，用机器代替人为劳动会成为工厂生产的主要生产方式。
1.2机械手的组成以及分类
1.2.1机械手的组成
（一）执行机构
包括手部、手腕、手臂、立柱、行走机构（或机架）等。
1.手部：与零件进行表面接触的部件，它具有模仿人手部动作的功能，根据需要可分为内抓和外抓抓式两种，根据零件的形状、尺寸、重量、材质等各种属性，手部的设计形式也大不相同。例如夹持圆柱状零件，就要考虑其直径和重量，确定其在夹持过程中不会掉落的所需的夹紧力，一般夹持圆形零件，采用“V”面的设计思路。一般机械手可以不按人手指的形状来设计，可以设计成吸盘，靠吸力来搬运工件。
2.手腕：将机械手手指和机械手手臂相联接的部件，目的是机械手在动作的时候调节工件所在的方位，以便后面的控制和动作。机械手手对手腕动作的要求较低，一旦手腕设计较复杂，会对以后的控制部分增加难度，简单的机械手并没有手腕的动作部分。
3.手臂：支撑机械手手腕和手指的主要执行部件。机械手手臂承受着被抓取工件的重量以及整个手部，手腕和手臂自身的重量，所以对机械手手臂的驱动力的要求较高。手臂的设计合理与否直接关系整个机械系统的动作成功与否。
4.立柱：支撑手臂的部件。在必要的情况下，立柱要实现方位的移动来实现控制系统的要求。
5.行走机构：机械手要完成给定程序的动作，要进行较远距离的方位移动，所以就要安装能够使机械手进行方位移动的机构来增大的机械手的方位移动。
6.基座：承载机械手手部和抓取零件的重量、整个手臂的重量以及立柱的重量的部件，控制单元也可以安装在基座上，以便系统的动作。
（二）驱动系统
现在工业生产中比较常见的有液压驱动系统、气压驱动系统、电气驱动系统和机械驱动系统。
（三）控制部分
工业生产中常用的有电控、程序控制、数控、液控、射流控制等控制方式。
位置检测装置
对机械手的运动位置进行检测对比，将机械手运动的实际位置传送给机械手控制系统，根据系统的原先的设定值进行对比，来调整控制系统，从而使机械手达到系统所需的精度要求。普通机械手常用的位置检测装置为限位开关，又称为行程开关，对机械手工作时运动位置进行检测，并将其位置发送给控制系统，由控制系统来调整程序，达到工作的目的。
1.2.2机械手的分类
液压式
按驱动方式分 气动式
电动式
机械式
机械手 通用
按用途分
专用
点位控制
按控制方式分
连续轨迹控制
（一）按驱动方式分：
1.液压机械手液压驱动执行器运动操纵，采用的是液压缸的液压油对活塞杆的推（拉）力来使活塞缸进行运动，达到系统的要求，例如手臂的伸缩，手臂的升降和手爪的闭合等都可以通过液压缸来实现，液压机械手的驱动方式比较成熟。
2.气动机械手是采用气压缸的气压对活塞杆的推（拉）力来使活塞杆进行运动，推动各运动部件的运动，可以达到系统的要求，气动机械手的工作原理与液压驱动方式相似。
3.机械驱动的机械手用在机械手动作固定的情况，机械驱动的特点是动作准确性而且具有可靠性，运动的速度比较高，生产的成本较低。但由于动作固定，使之不能够调整，所以在工业生产中机械驱动的运用方式不是很多。
4.电气驱动机械手因为其驱动力较大，传动机构简单方便，响应的速度较快并且可以采用多种控制方案的优点成为使用得最多的驱动方式。电气驱动采用的是驱动电机的方式，因为驱动电机的转速都是比较高的，所以就需要各种与要求对应的减速机构，来达到驱动的目的。
（二）按用途分：
1.通用机械手：通用机械手拥有一个独立的控制系统，所以，驱动系统和控制系统是分开相对独立的，调整控制方案就可以调整机械手运动的动作。
2.专用机械手：专用机械手是附属于主机的，没有独立的控制系统，运动较少，工作的对象也比较单一。
（三）按控制系统分：
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手概述 1
1.2机械手的组成以及分类 2
1.3课题研究的主要任务 3
第二章 总体方案的设计 4
2.1设计要求 4
2.2搬运机械手驱动方案的设计 4
2.3系统总体设计框图 5
2.4搬运机械手的坐标形式 5
2.5机械手设计示意图 6
第三章 气动搬运机械手的机械设计 7
3.1搬运机械手的手部方案设计 7
3.2机械手手腕的设计 12
3.3手臂升降气缸的设计 13
3.4手臂伸缩气缸的设计 14
3.5空气压缩机的选型 14
第四章 气动回路的设计 15
4.1气动原理图 15
4.2电磁铁动作程序表 16
4.3部分控制回路的设计 16
第五章 机械手控制系统设计 18
5.1机械手的动作过程 18
5.2PLC的I/O分配表 19
5.3PLC控制器的CPU选择 19
5.4梯形图 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
机械手概述
机械手是模仿人的手指和手臂运动的一种比较实用的机电一体化的机器，随着人们社会生活水平的提高，廉价的劳动生产力变得越来越高昂，所以，用机器工作代替人力劳动，大幅提高了工业生产力。机械手作为近几年刚涌现的新兴技术产业，很快的被运用到大工业的机器生产中。在未来几年内，机械手将会本运用到更多的生产行业中，在工业生产中将起到越来越重要的作用。
社会工业生产力的快速持续增长导致了工业机械手的产生，机械手的应用已经涉及到人们日常生产的生活当中。如切割玻璃使用的机械手，喷漆使用的机械手，焊接使用的机械手，搬运大型工件的机械手，装卸零件使用的机械手等在工业中都有较为广泛的运用。机械手在工业上的广泛运用不仅提高了社会生产力，还提高了生产效率，降低了人为劳动的不安全系数。机械手的研究与拓展已经成为时代发展的必要，以后，用机器代替人为劳动会成为工厂生产的主要生产方式。
1.2机械手的组成以及分类
1.2.1机械手的组成
（一）执行机构
包括手部、手腕、手臂、立柱、行走机构（或机架）等。
1.手部：与零件进行表面接触的部件，它具有模仿人手部动作的功能，根据需要可分为内抓和外抓抓式两种，根据零件的形状、尺寸、重量、材质等各种属性，手部的设计形式也大不相同。例如夹持圆柱状零件，就要考虑其直径和重量，确定其在夹持过程中不会掉落的所需的夹紧力，一般夹持圆形零件，采用“V”面的设计思路。一般机械手可以不按人手指的形状来设计，可以设计成吸盘，靠吸力来搬运工件。
2.手腕：将机械手手指和机械手手臂相联接的部件，目的是机械手在动作的时候调节工件所在的方位，以便后面的控制和动作。机械手手对手腕动作的要求较低，一旦手腕设计较复杂，会对以后的控制部分增加难度，简单的机械手并没有手腕的动作部分。
3.手臂：支撑机械手手腕和手指的主要执行部件。机械手手臂承受着被抓取工件的重量以及整个手部，手腕和手臂自身的重量，所以对机械手手臂的驱动力的要求较高。手臂的设计合理与否直接关系整个机械系统的动作成功与否。
4.立柱：支撑手臂的部件。在必要的情况下，立柱要实现方位的移动来实现控制系统的要求。
5.行走机构：机械手要完成给定程序的动作，要进行较远距离的方位移动，所以就要安装能够使机械手进行方位移动的机构来增大的机械手的方位移动。
6.基座：承载机械手手部和抓取零件的重量、整个手臂的重量以及立柱的重量的部件，控制单元也可以安装在基座上，以便系统的动作。
（二）驱动系统
现在工业生产中比较常见的有液压驱动系统、气压驱动系统、电气驱动系统和机械驱动系统。
（三）控制部分
工业生产中常用的有电控、程序控制、数控、液控、射流控制等控制方式。
位置检测装置
对机械手的运动位置进行检测对比，将机械手运动的实际位置传送给机械手控制系统，根据系统的原先的设定值进行对比，来调整控制系统，从而使机械手达到系统所需的精度要求。普通机械手常用的位置检测装置为限位开关，又称为行程开关，对机械手工作时运动位置进行检测，并将其位置发送给控制系统，由控制系统来调整程序，达到工作的目的。
1.2.2机械手的分类
液压式
按驱动方式分 气动式
电动式
机械式
机械手 通用
按用途分
专用
点位控制
按控制方式分
连续轨迹控制
（一）按驱动方式分：
1.液压机械手液压驱动执行器运动操纵，采用的是液压缸的液压油对活塞杆的推（拉）力来使活塞缸进行运动，达到系统的要求，例如手臂的伸缩，手臂的升降和手爪的闭合等都可以通过液压缸来实现，液压机械手的驱动方式比较成熟。
2.气动机械手是采用气压缸的气压对活塞杆的推（拉）力来使活塞杆进行运动，推动各运动部件的运动，可以达到系统的要求，气动机械手的工作原理与液压驱动方式相似。
3.机械驱动的机械手用在机械手动作固定的情况，机械驱动的特点是动作准确性而且具有可靠性，运动的速度比较高，生产的成本较低。但由于动作固定，使之不能够调整，所以在工业生产中机械驱动的运用方式不是很多。
4.电气驱动机械手因为其驱动力较大，传动机构简单方便，响应的速度较快并且可以采用多种控制方案的优点成为使用得最多的驱动方式。电气驱动采用的是驱动电机的方式，因为驱动电机的转速都是比较高的，所以就需要各种与要求对应的减速机构，来达到驱动的目的。
（二）按用途分：
1.通用机械手：通用机械手拥有一个独立的控制系统，所以，驱动系统和控制系统是分开相对独立的，调整控制方案就可以调整机械手运动的动作。
2.专用机械手：专用机械手是附属于主机的，没有独立的控制系统，运动较少，工作的对象也比较单一。
（三）按控制系统分：
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