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1、气动机械手回转臂结构设计毕业设计气动机械手回转臂结构设计毕业设计任务书题目名称：气动机械手回转臂结构设计具体要求：(原始数据、试验方案、手段及预期结果)结合所学专业知识，查阅相关书籍及资料，深入理解设计课题的要求，完成设计任务，具体要求如下：1. 收集相关资料，气动机械手的工作原理，确定总体设计方案，做开题报告，翻译一篇与该课题有关的不少于 5000个英文字符的外文资料。2. 位置检测精度达到 1毫米。伸缩行程100mm升降行程50mm旋转180。3. 抓握零件直径5 20,最大重量0.5kg。4. 总结设计过程，撰写毕业设计论文，准备答辩，按照论文撰写规范书写 毕业设计论文，并做好答辩前的准
2、备工作 。基本内容如下：本课题将要完成的主要任务如下：(1)进行气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计；(2)设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算；(3)设计气动机械伸缩、回转臂部分结构，进行关键部件的设计计算；(4) PLC 控制系统的设计及编程。其中：参考文献篇10篇以上数：6 000字以上说明书字数：折合A0图纸3张，其中至少1张装配图图纸张数：专业负责人意见签名：年 月日气动机械手回转臂结构设计摘要本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标 形式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手
3、的坐标形式和自由度，确定了机械 手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计 算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，对气压系统工作 原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，设计了机械手的工作时序图，并绘制了可 编程序控制器的控制程序。设计达到了设计的预期目标。关键词 工业机器人；机械手；气动；PLCPneumatic manipulato
4、r arm structure designAbstractThis paper briefly introduces the concept of industrial robot manipulator, the composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, pneumatic technology of PLC control, the characteristics of the development of both at home and abroad.This paper m
5、akes an overall manipulator, the design scheme of the manipulator coordinates and freedom, the technical parameters of the robot. At the same time, the design of clamping manipulator hand structure, the design of the structure of the manipulator wrist, calculates the wrist curls when driving torque
6、and rotary cylinder driving torque. The design of manipulator arm structure.Design a robot manipulator, pneumatic system, pneumatic system working principle of pneumatic system principle diagram of parameterized drawing was studied, and greatly improve the efficiency of drawing and drawings.Using ma
7、nipulator programmable controller, the control of PLC suitable model, according to the working process of the manipulator programmable controller has formulated the control scheme, the work of the manipulator, and draws the sequential diagram PLC control procedures. Design meets the design target.Ke
8、ywords Industrial robot; Manipulator ; Air pressure drive; PLC目录摘要 Abstract1绪论11.1 气动机械手概述 11.2 机械手的组成和分类11.2.1 机械手的组成11.2.2 机械手的分类 11.3 国内外发展状况21.4 课题的提出及任务22机械手的设计方案32.1 机械手的坐标形式与自由度 32.2 机械手的手部结构方案设计32.3 机械手的手腕方案设计32.4 机械手驱动方案设计32.5 机械手技术参数列表 33手腕结构设计53.1 手腕的自由度53.2 手腕的驱动力矩计算53.2.1 手腕转动时所需要的驱动力矩5
9、4手臂伸缩、升降回转气缸的尺寸计算和校核 84.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核84.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计 84.1.2 尺寸校核84.1.3 导向装置 94.1.4 平衡装置94.2 手臂升降缸的尺寸设计与校核 94.2.1 尺寸设计94.3 手臂回转缸的尺寸设计与校核 104.3.1 尺寸设计104.3.2 尺寸校核 105气动系统设计1.1.5.1气压传动系统工作原理图 .1.16机械手的PLC控制136.1 可编程序控制器的选择及工作过程 136.1.1 可编程序控制器的选择 136.1.2 工作过程136.2 机械手可编程序控制器控制方案 136.2.1 系统简介 136.
10、2.2 工业机械手的工作流程 146.2.3 机械手工作时序图 14结论19参考文献201绪论1.1 气动机械手概述气动机械手由操作机(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 化设备3。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1。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标 志。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手” 4。生产中应用机械手可以提高 生产的自动化水平和劳动生产率：可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产 1 由于通用机械手能
11、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。1.2 机械手的组成和分类4。各系1.2.1 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成统相互之间的关系如方框图1-1所示。图1-1机械手组成方框图1.2.2 机械手的分类一、按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种4:(1)专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置4。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点1,适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上下料机械手和加工中心3。(2)通用机械
12、手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手3。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产4。二.按驱动方式分(1)液压传动机械手液压传动机械手以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手3。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏1。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作4。(2)气压传动机械手气压传动机械手以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手3。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低 1。(3)机械传动机械手机械传动
13、机械手是由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手3。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的 1。1.3 国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而 单机价格不断下降，平均单机价格从 91年的10.3万美元降至97年的65万美元2。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。(3)工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，
14、便于标准化、网 络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠 性、易操作性和可维修性。1.4 课题的提出及任务进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的 缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化 水平势在必行，将机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到 另外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高 劳动生产率。本课题将要完成的主要任务如下：(1)进行气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计；(2)设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算
15、；(3)设计气动机械伸缩、回转臂部分结构，进行关键部件的设计计算；(4) PLC控制系统的设计及编程。2机械手的设计方案4.1 机械手的坐标形式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱 座标式、球座标式和关节式3。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运 动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程 较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。4.2 机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒 料时，使用夹持式手部，当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。4.3 机械手的手腕方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转 运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回 转气缸。4.4 机械手驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本 机械手采用气压传动方式。4.5 机械手技术参数列表一用途：
