工业机械手的设计系统工作原理及组成河南科技学院新科学院2021届本科毕业论文（设学生姓名：****系别：机械工程系所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：****成时间：2021423目录第一章11工业机械手概述13机械手的系统工作原理及组成第二章机械手的整体设计方21机械手的座标型式与自由度23机械手的手腕结构方案设计24机械手的手臂结构方案设25机械手的驱动方案设26机械手的控制方案设27机械手的主要技术参第三章手部结构设31夹持式手部结构311手指的形状和分类312设计时考虑的几个问题313手部夹紧气缸的设第四章手腕结构设1341手腕的自由度134213421手腕转动时所需的驱动力矩13422回转气缸的驱动力矩计算15423手腕回转缸的尺寸及其校核15第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的尺寸设计与校1851手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核18511手臂伸缩气缸的尺寸设计1851218513导向装18514平衡装1852手臂升降气缸的尺寸设计与校核19521尺寸设计1952253手臂回转气缸的尺寸设计与校核19531尺寸设计1953219第六章气动系统设21第七章机械手的PLC控制系统设2371可编程序控制器的选择及工作过程23711可编程序控制器的选择237122372可编程序控制器的使用步骤2473机械手可编程序控制器控制方24731控制系统的工作原理及控制要求24732动机械手的工作流程（如图7-1所示）2573326734梯形图设26第八章31参考文11工业机械手概述工业机器人由操作机机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。气动技术有以下优点:1介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题2阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小一般不卜浇塞仅为油路的千分之一，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。3动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要002s-03s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。4能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。5工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。6成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难尤其在高速情况下，似乎更难想象。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。12气动机械手的设计要求本课题将要完成的主要任务如下:1机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。2选取机械手的座标型式和自由度。3设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。4气压传动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。5机械手的控制系统的设计本机械手拟采用可编程序控制器PLC对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。13机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。手部手腕手臂立柱控制系统（PLC）驱动系统（气压传动）执行机构位置检测装图1-1机械手的系统工作原理框图