回转式机械手系统设计(附件)
摘 要机械手作为一个高度的机电一体化产品，具有很高的使用价值，应用范围很广。以工业机械手为例，有许多不同用途的机械手，如焊接机械手、搬运机械手、喷漆机械手、切割机械手、码垛机械手等，这些机械手都在不同领域占据着重要地位。本文主要设计的小型机械手主要针对工业生产线的，它可以将工件从一个工位移到另一个工位，该机械手具有垂直升降、水平伸缩、水平旋转、手腕夹紧功能，采用气压驱动，通过PLC控制电磁阀得通断来实现手爪的夹紧与放松、小臂的前后伸缩和大臂的上升与下降这些动作。机械手有单周工作模式和连续工作模式这两种模式，可以通过选择开关进行选择。
Key words: manipulator;mechatronics;PLC;pneumatic drive 目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手简介 1
1.2 机械手的发展 1
第二章 机械手总体方案 3
2.1 机械手的组成 3
2.2机械手机械手的总体方案 3
2.2.1总体方案拟定 3
2.2.2机械手主要技术性能指标 3
2.2.3机械手系统结构框图 4
第三章 机械结构设计 5
3.1机械手总体设计 5
3.2手部结构设计 5
3.3夹紧气缸计算 7
3.4小臂与大臂结构计算 8
3.5大臂与小臂尺寸校核 8
3.6回转气缸的结构计算 9
第四章 控制系统设计 11
4.1控制器的选择 11
4.1.1 PLC简介 11
4.1.2 PLC的特点 11
4.1.3 PLC的硬件系统组成 11
4.1.4控制器的选择 12
4.2 传感器的选择 12
4.2.1 压力传感器的选择 12
4.2.2 接近开关的选择 12
4.3 方向控制阀的选择 13
4.4 气路原理图确定 14
4.5 I/O分配表与硬件接线图 15
4.6 气动机械手PLC程序设计 16
4.6.1 气动机械
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
手控制流程图 16
4.6.2 气动机械手PLC控制程序设计 18
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
绪论
1.1机械手简介
机械手是近二十年来发展最迅速的学科之一。其中机械工程、计算机工程、电子工程、自动控制工程、人工智能等学科最新研究成果缔造了它，它是当前我国在科技发展领域最为活跃的项目之一，是我国紧抓住国际高新技术领域最重要的方面之一。进一步研究、制造和应用机械手，代表了国家科技水平和经济综合实力，所以越来越多的国家越来越重视机器人的发展。
当前关于机械手的定义，国际上的标准不统一，分类也不尽相同。最近，美国机器人协会的最新定义是联合国国际标准化组织最近通过的。它被定义为：机械手是一种多功能的操作机器，它可以进行多次编程，通过改变设定好的操作程序，完成各种对应工作，主要用于搬运物体、工件的转移。参照外国的定义，再结合我国的习惯，机械手的定义如下：
机械手是一个独立的机构，具有多个自由度，程序可以灵活变化，可任意定位，还具有高度的机械自动化操作的能力。主要用于流水线加工和柔性制造系统传送或装载刀具或工件。
机械手是在计算机控制下的一个可编程的自动机械。机械手以提高产品质量与劳动生产率为目的，给工厂达到自动化生产，改善劳动条件，减轻劳动强度等方面提供了一种有效手段。机械手虽然只经过了四十年的发展，但它已应用到国民经济等多个领域，具有广阔的应用市场和良好的发展前景，显示出了强大的生命力。
机械手根据所处的环境和作业需求，具有至少一个或多个拟人的功能，例如抓取的功能和移动的功能，或二者都能实现，另外还可能具有在某些环境下程度不等的感知能力（如视觉，听觉，触觉等）。以及语音功能甚至逻辑思维，判断决策功能等，从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。
机械手最主要的两项功能是抓取和移动功能。巧妙的机械结构设计和优良的伺服控制驱动系统是实现这两项功能的技术基础。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求，利用齿轮齿条传动实现机器人的旋转，利用气压缸实现其移动以及对零件的抓取。
1.2 机械手的发展
机械手的发展，经历了简单到复杂，初级到高级的过程，其发展过程可分为三代：
第一代机械手便是示教再现型机械手，目前在工业生产中大量使用，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统构成。其控制方式比较简单，先编好所需程序，通过示教存储所需的信息，当系统工作时读取这些信息，再向执行机构发出命令，然后执行机构就按照命令再现示教的操作。
第二代机械手是有感觉的机械手。它具有反馈触觉、视觉等感觉的能力，其控制方式要比第一代机械手要复杂得多，这种机械手从上世纪八十年代开始就进入了普及适应阶段。
第三代机械手即智能机械手。这种机械手不仅具有触觉、视觉等功能，甚至还有嗅觉、感情等，还能够按照人们所给出的指令辨认自身和周遭环境，识别物体是存在还是不存在，然后根据识别结果主动选择操作程序，完成所需的任务。并且能够跟踪被控对象的工作变化情况，具有适应工作环境的功能。这种机械手目前仍处于发展阶段，只有一些大型科技公司使用，尚未大量的投入使用。
我国的机械手专家将机械手分为机械手和特种机器人。所谓机械手就是一种多关节机器人或多自由度机器人，但它是面向工业领域的。机械手是一种具有自动化能力的、位置可以控制能力的和编程能力的多功能机械手，这种机械手具有多个坐标轴，它可以通过一个可编程的手段来加工各种材料、零件、工具和专用设备来执行各种任务。而特种机器人是一种不包括机械手在内的、并且是用于非制造业的，还有最重要的一点它是给人类服务的各种先进机器人，包括：娱乐机器人、水下机器人、军用机器人、农业机器人等。当前，国际上的机器人学者按照应用环境的不同将机器人也分为两类，分别为工业用机械手和非工业用仿生机器人，这与我国的分类不谋而合。 第二章 机械手总体方案
2.1 机械手的组成
它主要由执行系统、驱动系统、控制系统及传感检测系统组成。
A、执行系统：通俗来说执行系统就是机架，是实现各类运动所必需的机械部件，它包含手部、腕部、臂部、机座等。
（1）手部：机械手为了进行作业而配置的执行机构，又称夹持器或抓取机构。
Key words: manipulator;mechatronics;PLC;pneumatic drive 目 录
第一章 绪论 1
1.1机械手简介 1
1.2 机械手的发展 1
第二章 机械手总体方案 3
2.1 机械手的组成 3
2.2机械手机械手的总体方案 3
2.2.1总体方案拟定 3
2.2.2机械手主要技术性能指标 3
2.2.3机械手系统结构框图 4
第三章 机械结构设计 5
3.1机械手总体设计 5
3.2手部结构设计 5
3.3夹紧气缸计算 7
3.4小臂与大臂结构计算 8
3.5大臂与小臂尺寸校核 8
3.6回转气缸的结构计算 9
第四章 控制系统设计 11
4.1控制器的选择 11
4.1.1 PLC简介 11
4.1.2 PLC的特点 11
4.1.3 PLC的硬件系统组成 11
4.1.4控制器的选择 12
4.2 传感器的选择 12
4.2.1 压力传感器的选择 12
4.2.2 接近开关的选择 12
4.3 方向控制阀的选择 13
4.4 气路原理图确定 14
4.5 I/O分配表与硬件接线图 15
4.6 气动机械手PLC程序设计 16
4.6.1 气动机械
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
手控制流程图 16
4.6.2 气动机械手PLC控制程序设计 18
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
绪论
1.1机械手简介
机械手是近二十年来发展最迅速的学科之一。其中机械工程、计算机工程、电子工程、自动控制工程、人工智能等学科最新研究成果缔造了它，它是当前我国在科技发展领域最为活跃的项目之一，是我国紧抓住国际高新技术领域最重要的方面之一。进一步研究、制造和应用机械手，代表了国家科技水平和经济综合实力，所以越来越多的国家越来越重视机器人的发展。
当前关于机械手的定义，国际上的标准不统一，分类也不尽相同。最近，美国机器人协会的最新定义是联合国国际标准化组织最近通过的。它被定义为：机械手是一种多功能的操作机器，它可以进行多次编程，通过改变设定好的操作程序，完成各种对应工作，主要用于搬运物体、工件的转移。参照外国的定义，再结合我国的习惯，机械手的定义如下：
机械手是一个独立的机构，具有多个自由度，程序可以灵活变化，可任意定位，还具有高度的机械自动化操作的能力。主要用于流水线加工和柔性制造系统传送或装载刀具或工件。
机械手是在计算机控制下的一个可编程的自动机械。机械手以提高产品质量与劳动生产率为目的，给工厂达到自动化生产，改善劳动条件，减轻劳动强度等方面提供了一种有效手段。机械手虽然只经过了四十年的发展，但它已应用到国民经济等多个领域，具有广阔的应用市场和良好的发展前景，显示出了强大的生命力。
机械手根据所处的环境和作业需求，具有至少一个或多个拟人的功能，例如抓取的功能和移动的功能，或二者都能实现，另外还可能具有在某些环境下程度不等的感知能力（如视觉，听觉，触觉等）。以及语音功能甚至逻辑思维，判断决策功能等，从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。
机械手最主要的两项功能是抓取和移动功能。巧妙的机械结构设计和优良的伺服控制驱动系统是实现这两项功能的技术基础。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求，利用齿轮齿条传动实现机器人的旋转，利用气压缸实现其移动以及对零件的抓取。
1.2 机械手的发展
机械手的发展，经历了简单到复杂，初级到高级的过程，其发展过程可分为三代：
第一代机械手便是示教再现型机械手，目前在工业生产中大量使用，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统构成。其控制方式比较简单，先编好所需程序，通过示教存储所需的信息，当系统工作时读取这些信息，再向执行机构发出命令，然后执行机构就按照命令再现示教的操作。
第二代机械手是有感觉的机械手。它具有反馈触觉、视觉等感觉的能力，其控制方式要比第一代机械手要复杂得多，这种机械手从上世纪八十年代开始就进入了普及适应阶段。
第三代机械手即智能机械手。这种机械手不仅具有触觉、视觉等功能，甚至还有嗅觉、感情等，还能够按照人们所给出的指令辨认自身和周遭环境，识别物体是存在还是不存在，然后根据识别结果主动选择操作程序，完成所需的任务。并且能够跟踪被控对象的工作变化情况，具有适应工作环境的功能。这种机械手目前仍处于发展阶段，只有一些大型科技公司使用，尚未大量的投入使用。
我国的机械手专家将机械手分为机械手和特种机器人。所谓机械手就是一种多关节机器人或多自由度机器人，但它是面向工业领域的。机械手是一种具有自动化能力的、位置可以控制能力的和编程能力的多功能机械手，这种机械手具有多个坐标轴，它可以通过一个可编程的手段来加工各种材料、零件、工具和专用设备来执行各种任务。而特种机器人是一种不包括机械手在内的、并且是用于非制造业的，还有最重要的一点它是给人类服务的各种先进机器人，包括：娱乐机器人、水下机器人、军用机器人、农业机器人等。当前，国际上的机器人学者按照应用环境的不同将机器人也分为两类，分别为工业用机械手和非工业用仿生机器人，这与我国的分类不谋而合。 第二章 机械手总体方案
2.1 机械手的组成
它主要由执行系统、驱动系统、控制系统及传感检测系统组成。
A、执行系统：通俗来说执行系统就是机架，是实现各类运动所必需的机械部件，它包含手部、腕部、臂部、机座等。
（1）手部：机械手为了进行作业而配置的执行机构，又称夹持器或抓取机构。
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