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1、BI YE SHE JI(201 届)机械手自动送料系统设计The Design of Automatic FeedingSystem for Robotic Manipulators 所在学院 电子信息学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日摘 要在生产过程中，为了减少人类所负担的繁重的体力劳动及有害作业，实现机械化和自动化；为了显著地减少产品生产中的辅助时间和减少某些基本作业时间，来提高劳动生产率；为了降低产品成本，提高经济收益，人们希望创造一种模仿人手部动作的机械，来代替人类完成繁重的工作和有害的工作。到20世纪50年代，终于研制成功了机械
2、手。 送料机械手具有模仿人手和臂1的某些动作功能，可按固定程序抓取和搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人类从事的繁重的体力劳动以实现生产过程的自动化，同时能够在有害环境下工作以保护人身安全。本文将针对送料机械手的特点和发展趋势，以气动装置为基础，进行了气动送料机械手的总体结构设计和气动设计，并实现对工件的抓取、搬运和卸载等功能，并提出应用PLC控制送料机械手的方法和途径。 关键词：气动回路；气缸；PLC控制AbstractIn the production process, in order to reduce the human burden of heavy physical an
3、d harmful work, realize Mechanization and automation; in order to significantly reduce the production of auxiliary time and reduce some of the basic operating time，to improve labor productivity; in order to reduce product costs and improve the economic benefits, it is hoped to create a machinery whi
4、ch can copy people hand motions, to instead of human being to complete the heavy and harmful work. By the 1950s, the machine hand successfully developed.Manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something, also can according to a fixed procedure to movi
5、ng objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.This article will focus on the characteristics of the Manipulator and development trends, in the
6、basis of pneumatic device, doing overall structure of the design and pneumatic design of pneumatic manipulator, and realize the function of capture and unloading workpiece. In based on the proposed application of PLC control Basic methods and approaches.Keywords: pneumatic circuit；air cylinder；PLC c
7、ontrol system目 录1 引言11.1 送料机械手简介11.2 机械手的分类11.2.1 按驱动方式分类11.2.2 按用途分类21.2.3 按操作机的位置机构类型和自由度数量分类21.3 送料机械手的发展现状及优势41.4 送料机械手的组成51.5 送料机械手的控制技术62 送料机械手系统工作原理及气动缸选型72.1 送料机械手系统工作原理72.1.1 机械手组成72.2 机械手的技术参数列表92.3 气动缸的选型102.3.1 夹紧气缸选型102.3.2 伸缩气缸选型102.3.3 升降气缸选型113 送料机械手气动系统设计123.1 送料机械手气动系统设计123.2.1气动系统
8、组成123.2.2送料机械手工作原理144 送料机械手控制方案164.1 送料机械手控制系统要求164.2 送料机械手控制系统的主要内容164.3 PLC控制系统设计的步骤175 送料机械手PLC控制设计195.1 PLC的选择195.2 PLC控制方案195.3 PLC控制系统软硬件的设计205.3.1气动机械手PLC控制系统205.3.2控制程序流程225.3.3 设计PLC程序指令的梯形图236 结论26致 谢27参考文献28附录1 送料机械手主程序梯形图291 引言1.1 送料机械手简介机械手是现代工业自动化控制领域中常用的一种能够自动抓取，操作的装置。普遍用于自动生产线，机械设备的上
9、，下料。在自动化系统控制中，机械手由执行系统，驱动系统，控制系统和人工智能系统组成，主要包括移动，转动，抓取等动作。送料机械手同时也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编写程序来完成各种指定的动作，同时在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，突出体现了人机的智能性和适应性。由于机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在各领域有着广阔的发展前景。1.2 机械手的分类目前对机械手还没有统一的分类标准。按照不同的分类方式可以把机械手分成多种类型。1.2.1 按驱动方式分类按驱动装置1的动力源，机械手可分为以下的几种。1 液压式机械手。这种机械手的驱动系统通常由液动机、油箱、油泵、伺服阀等
10、组成，这类机械手具有较大的抓举能力，且结构紧凑，动作平稳，耐振动、耐冲击，防爆性好，但是对制造精度和密封性要求很高，否则易发生漏油现象。2 气压式机械手。其驱动系统通常由气缸、空压机、气罐和气阀组成。其特点是气源方便，动作迅速，简单结构，造价低廉，方便维修，但是却难以进行速度控制，同时由于气压不能太高，固抓举能力较小。3 电动式机械手。目前机械手中使用最多的驱动方式是电力驱动。其特点是响应快，电源方便，驱动力大，信号检测、传递、处理方便，同时可采用多种控制方案。驱动电机一般采用直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。但由于电机速度快，通常还须采用减速机构。1.2.2 按用途分类 机械手按用途4可
11、分为下列几种。1 搬运机械手；2 喷涂机械手；3 焊接机械手；4 装配机械手；1.2.3 按操作机的位置机构类型和自由度数量分类操作机3的位置机构是机械手的重要外形特征，固常用作分类的依据。按这一分类要求，送料机械手可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型机械手。1 直角坐标型机械手。直角坐标型机械手如图1-1所示。有3个移动关节，关节轴线相互垂直，相当于x轴，y轴和z轴。其优点是刚性好，位置精度高，运动学简单，控制无耦合；但结构庞大，动作范围小，灵活性差且占地面积较大。图1-1 直角坐标型机械手2 圆柱坐标型机械手。圆柱坐标型机械手有2个移动关节和1个转动关节，工作范围为圆柱形状的，如
12、图1-2所示。其特点是：位置精度高，运动直观，控制简单；结构简单，占地面积小，廉价，因此应用广泛。图1-2 圆柱坐标型机械手3 球坐标型机械手。球坐标型机械手有1个移动关节和2个转动关节，工作范围为球缺形状，如图1-3所示。其优点是结构紧凑，动作灵活，占地面积小，但结构复杂，定位精度低，运动直观性差。图1-3 球坐标型机械手4 多关节坐标型机械手。多关节坐标型机械手有立柱，大臂和小臂组成。具有3个转动关节可进一步分为1个转动关节和2个俯仰关节，工作范围为球缺形状的，如图1-4所示。该机械手的优点是工作范围广，运动灵活，能抓取靠近机身的物体，但运动直观性差，定位精确度不高。图1-4 多关节坐标型
13、机械手5 平面关节型机械手。平面关节型机械手有3个转动关节，其轴线相互平行，可在平面内进行定位和定向。有一个移动关节，用于完成手抓在垂直于平面的运动，如图1-5所示。该类机械手的特点是在垂直平面具有很好的刚度，在水平面内具有较好的柔韧性。图1-5 平面关节型机械手操作机本身的自由度7最能反应机械手的作业能力，也是分类的重要依据。按这一分类要求，送料机械手可分为4自由度、5自由度、6自由度和7自由度机械手。1.3 送料机械手的发展现状及优势 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。 机械手首先是由美国开始研制
14、的。 最早工业机器人的概念于1954年由美国戴沃尔提出，并申请专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的各个关节，利用人手对机器人进行动作示教，使机器人能够实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”UNIMATION公司推出的“UNIMATE（通用机械手）”。第二代机械手正在加紧研制。它具有微型电子计算机控制系统，同时也具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。安装了各种传感器，把感觉到的信息反馈回来，使机械手具有感官能力。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机器人）则能独自完成工作过程中的各种任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元中重要环节。1.4 送料机械手的组成工业机械手通常由驱动传动装置、执行机构、控制系统和智能系统四部分组成1。图1-6为工业机械手的组成方框。手部腕部臂部执行机构腰部基座部（固定或移动） 工业机械手电、液或气驱动装置 驱动装置 单关节伺服控制器 控制系统关节协调及其它信息交换计算机感觉装置子视觉装置子 智能系统语
