助力机械手气路图
气动机械手的设计及其PLC控制系统(含CAD图纸)
河南科技学院2012届本科毕业论文（设计）论文题目：气动机械手的设计及其PLC控制系统学生姓名：周文涛所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：安爱琴完成时间：2012年5月10日摘要本文设计了一种气动搬运机械手，其控制部分采用PLC控制系统。
论文首先对气动机械手的功能进行分析，确定了总体方案，并设计了驱动系统原理图。
由设计参数对机械手的主要组成部分进行选型，并对其进行三维建模，用于演示其工作原理。
然后，根据控制要求，对PLC进行了选型，编写出了控制系统的梯形图程序，并绘制出了硬件接线图。
关键词：机械手，PLC，气压传动AbstractKeywords: Manipulator，PLC，Pneumatic Transmission目录1 绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 目前国内外有关机械手的研究状况 (2)1.3 本文的主要研究内容 (2)2 机械手系统的结构和总体设计方案 (3)2.1 机械手的功能分析 (3)2.2 机械手的执行机构及运动分析 (4)2.3 机械手的驱动系统 (5)2.4 机械手的检测系统 (5)3 机械手结构的设计 (5)3.1 机械手的技术参数 (6)3.2 气爪的选型 (6)3.3 伸缩缸的选型 (7)3.4 升降缸的选型 (7)3.5 摆动缸的选型 (8)4 机械手的三维建模 (9)4.1 零件的三维建模 (9)4.1.1 气爪的建模 (10)4.1.2 伸缩缸的建模 (10)4.1.3 升降缸的建模 (10)4.1.4 摆动缸的建模 (10)4.2 机械手的装配 (11)4.3 机械手运动仿真 (11)5 PLC控制系统的软件设计 (12)5.1 PLC的介绍 (12)5.1.1 PLC的定义 (12)5.1.2PLC的优点 (12)5.1.3 PLC的分类 (13)5.2 PLC的选型 (13)5.3 系统控制要求 (15)5.4 程序设计 (16)5.4.1 梯形图语言介绍 (16)5.4.2 梯形图程序 (16)5.5 机械手的工作分析 (18)5.5.1 自动工作方式 (18)5.5.2 手动工作方式 (19)6 PLC控制系统的硬件设计 (19)6.1 传感器的选择 (19)6.2 PLC硬件接线图 (19)7 结束语 (20)致谢 (21)参考文献 (22)1 绪论由于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域的需要，能代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化、，在有害环境下操作以保护人身安全的机械手得到了广泛的应用。
机械手的PLC控制（三维建模CAD图纸）
机械手的PLC控制（三维建模CAD图纸）摘要机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构,是机器人的关键部件之一。
机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成;电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。
该装置涵盖了可编程控制技术,位置控制技术、检测技术等,是机电一体化的典型代表仪器之一。
本文介绍的机械手是由 PLC 输出三路脉冲,分别驱动横轴、竖轴变频器, 控制机械手横轴和竖轴的精确定位, 微动开关将位置信号传给 PLC主机;位置信号由接近开关反馈给 PLC 主机,通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合,从而实现机械手精确运动的功能。
本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,可代替人工在高温和危险的作业区进行作业,并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。
本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上,结合机械手方面的设计,对机械手技术进行了系统的分析,提出了用驱动和? PLC?控制的设计方案。
采用整体化的设计思想,充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。
对机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。
在其驱动系统中采用驱动,控制系统中选择?PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。
最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。
通过以上部分的工作,得出了经济型、实用型、高可靠型机械手的设计方案,对其他经济型 PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。
关键词:?机械手,交流电机,可编程控制器(PLC),自动化控制,。
Abstract?Manipulator?industrial?robot?systems?traditional?mandate,?Robot?i s?one?of?the?key?components.?Manipulator?using?the?mechanical?structure?of?screw?b all,?slider,?and?other?mechanical?devices?composition??Electric?have?AC?motor,?inverter, sensor,andotherelectronic?device?components.?The?device?covers?a?programmable?control?technology,?position?control?technology,?detection?technology,?Mechatronics?i s?a?typical?representative?of?one?of?the?machines.?This?paper?presents?a?manipulator?by?three?P LC?output?pulse,?driving?horizontal,?the?vertical?axis?transducer,?control?manipulator?axi s?horizontal?and?vertical?positioning?precision,?micro?switches?position?signal?transmissio n?will?host?PLC??location?close?to?the?switching?signal?from?the?feedback?from?the?mainfram e?to?the?PLC,?through?the?exchange?of?Motor?reversion?to?control?the?manipulator?gripper?Zh ang,?thus?achieving?accurate?manipulator?movement?functions.?The?topics?to?be?develop ed?by?the?Manipulator?grasping?be?up?in?space?objects,?movements?flexible,?diverse,?can replacetheartificialheatand?dangerous?operation?conducted?operations,?According?to?the?wo rkpiece?can?change?the?campaign?process?and?the?requirements?of?any?changes?to?the?relev ant?parametersIn?this?paper,?by?reviewing?the?developmental?status?of themanipulatorinrecentyears,combining?the?design?of?manipulator?and?systematic?analyzing?tech nology?of?the?manipulator,?We?proposed? the? design? scheme? that? the?manipulator?was? driven? by? the? pneumatic? and? the?system?was?controlled?by?PLC.?Integrative?idea?was?adopted?in?this?design?to? fully?consider?the? characteristics? of? the? software? and? hardware? and? complementary? optimizationWe?analyzed?and?designed?the?overall?structure,?the?implementation?o f?structural,?driving?system?and?control?system?of?the?manipulator.?We?used?pneumatic?driven?i n?the?driving?system,?PLC?control? unit? in? the? control? system? to? complete? initialization? of? the? system,? manipulator's?moving,? failure?alarm?and?so?on.?Finally?we?put? forward?a?control? strategy?which? is? simple,?easy?to?realize,?and?clear?theoretical?significanceThrough? the? work? above,? a? practical,? economical,? high?reliability? sorting? material?manipulator? was? designed,? which? also? had? certain? reference? value? for? the? other? types? of?economical?PLC?control?system?design.Key?words:?manipulator?;?AC?motor?;programmable?logic?controller?PLC; automatic?control;sorting?material第一章前言1.1 研究的目的及意义工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术,是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物,并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。
毕业设计--气压驱动式四自由度教学仿真机械手设计
目录摘要.............................................................. - 1 -1 机械手的基础知识............................................... - 1 -1.1 气动机械手概述 ............................................ - 1 -1.2 机械手的组成 .............................................. - 1 -1.3 机械手的工作原理 .......................................... - 2 -2 机械手的机构设计............................................... - 2 -2.1 气压机械手的示意图 ........................................ - 2 -2.2 机械手自由度的定义 ........................................ - 3 -2.3 机械手气缸的分析 .......................................... - 3 -2.4 机械手爪子的选择 .......................................... - 4 -2.5 机械手手臂的具体设计方案 .................................. - 5 -2.5.1 手臂的伸缩设计....................................... - 6 -2.5.2 手臂的升降设计....................................... - 7 -2.5.3 回转臂的回转设计..................................... - 8 -3 气压回路设计................................................. - 10 -4 机械手的PLC控制设计......................................... - 10 -4.1 PLC的概述................................................ - 10 -4.2 PLC梯形图的程序设计...................................... - 11 -4.2.1 PLC机械手的流程图 .................................. - 11 -4.2.2 PLC机械手的梯形图 .................................. - 12 -致谢............................................................. - 14 -参考文献......................................................... - 15 -气压驱动式四自由度教学仿真机械手设计机电工程学院机械制造与自动化专业朱龙强摘要:本毕业设计的是气压驱动式四自由度教学型仿真机械手，主要包括机械手的总体方案设计、机械手的机械结构设计以及驱动，控制系统设计等，实现了机械手的手臂四自由度运动：手臂的升降、伸缩和回转、手臂的夹紧，设计中分析了教学型机械手的功能要求和实现意义，通过气压缸来实现手臂的升降和伸缩，采用回转气压缸来实现机械手的回转，设计的机械手结构简单，便于操作，在PLC的控制下完成预期的动作，能给学生以直观的印象，达到教学演示的目的。
机械手-气动机械手设计（含CAD图纸）
第一章概述1、引言随着气动技术获得了快速发展，利用成本性能比低，同时具有许多优点的气动机械手设备来满足社会生产实践需要越来越多的受到重视。
气动机械手与其他控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单，功率体积比高、无污染及抗干扰性能强等特点。
1、2机械手的应用与发展机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，因为各个国家产业分布的不同，以及各产业对于机械手臂的需求量也有差异。
主要是使用于人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在精度与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。
自从第一台产业用机器人发明以来，机械手臂的应用也从原本的汽车工业、模具制造、电子制程等相关产业，更拓展到农业、医疗、服务业…等等。
多轴机械手臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。
机械手臂可以提升产品技术与品质，而这些初期工作大多可以借由机械手臂来完成。
机械手臂的精准、零误差，对于产品的品质掌握自然拥有其优势，减少品管所花费的时间与人力。
工业应用上，以装配、加工、熔接、切削、加压、货物搬运、检测…等，全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料等最大。
现在，ROBOT的应用已越来越多元化，依据国际机器人协会（IFR）的统计，至2007年底机械手臂除了工业以外，最多应用于救援、保全与野地（田野、牧场等），近年来，各先进国家为了提升台机器人的技术水平，都会推广机器人产业与创立相关联盟，并且特别针对工业以外的领域进行推广，例如：医疗、服务、生活方面…等。
以医疗为例，有许多大型医学中心使用以手动操控方式之机械手臂，结合显微影像显示系统所结合的手术型机器人。
机械手臂的研发也朝向节省人力、减少人类暴露在危险的工作环境、甚至进行更加精密的工作或是辅助操作。
机械手臂的技术发展都是为了让人类在工作与生活中更加便利。
1、3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。
气动机械手系统设计(含全套CAD图纸)
说明书设计题目：气动机械手系统设计专业年级： 2011级机械制造及其自动化学号： ********* 姓名：指导教师、职称：2015 年 05 月 27 日目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 .......................................................... - 1 -1.1 本课题的目的和意义 ............................................ - 1 -1.2 本课题研究的主要内容、预期结果、关键问题和相关发展趋势 ........ - 1 -1.2.1 本课题研究的主要内容 .................................... - 1 -1.2.2 预期设计结果 ............................................ - 1 -1.2.3 关键问题 ................................................ - 1 -1.2.4 相关发展趋势 ............................................ - 2 -1.3 本课题的设计方法 .............................................. - 2 -1.4 系统功能说明 .................................................. - 3 - 第二章机械手气动系统设计 ............................................ - 4 -2.1 明确机械手的工作要求 ......................................... - 4 -2.1.1 气动机械手结构示意图分析 ................................ - 4 -2.1.2 工作要求 ................................................ - 5 -2.1.3 运动要求 ................................................ - 5 -2.1.4 动力要求 ................................................ - 5 -2.2 设计气动控制回路 ............................................. - 5 -2.2.1 列出气动执行元件的工作程序 .............................. - 5 -2.2.2 作X-D线图，写出执行信号的逻辑表达式 .................... - 6 -2.2.3 画出系统的逻辑原理图 .................................... - 7 -2.2.4 画出系统的气动回路原理图 ................................ - 7 - 第三章气缸及气动元件设计 ........................................... - 10 -3.1 手臂回转、伸缩、夹紧、升降气缸的设计 ........................ - 10 -3.3.1 确定气缸类型 ........................................... - 10 -3.3.2 气缸内径计算 ........................................... - 10 -3.3.3 选择气缸 ............................................... - 11 -3.3.4 验算气缸力的大小 ....................................... - 11 -3.3.5 活塞杆直径d的校核 ..................................... - 12 -3.3.6 耗气量计算 ............................................. - 13 -3.2 选择气动控制元件 ............................................ - 14 -3.2.1 选择主控气动换向阀 ..................................... - 14 -3.2.2 选择行程阀 ............................................. - 14 -3.2.3 选择手控换向阀 ......................................... - 15 -第四章机械手控制系统的设计 ......................................... - 16 -4.1 控制系统分析 ................................................ - 16 -4.1.1 总体控制要求 ........................................... - 16 -4.1.2 PLC机械手的动作分析.................................... - 16 -4.1.3 系统硬件配置 ........................................... - 17 -4.2 系统变量定义及分配表 ........................................ - 17 -4.2.1 输入/输点数分配 ........................................ - 17 -4.2.2 输入/输出点地址分配 .................................... - 18 -4.2.3 系统接线图 ............................................. - 18 -4.2.4 PLC外围接线图.......................................... - 19 -4.3 控制系统程序设计 ............................................ - 20 -4.3.1 控制程序流程图设计 ..................................... - 20 -4.3.2 程序设计（梯形图） ..................................... - 21 - 第五章 PLC机械手的程序调试.......................................... - 28 -5.1 系统调试及结果分析 .......................................... - 28 -5.1.1 PLC程序调试及解决的问题................................ - 28 -5.1.2 PLC与上位机联调........................................ - 28 -5.1.3 结果分析 ............................................... - 28 - 第六章设计总结 ..................................................... - 30 - 参考文献 ............................................................ - 31 - 致谢词 .............................................................. - 32 -摘要机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
气动助力机械手的平衡原理分析与故障排除
气动助力机械手的平衡原理分析与故障排除摘要：气动助力机械手又称平衡器、平衡环、气动助力器等，由于其具有省事，省力的特点，被广泛应用于现代工业中的各个领域，如：大型物料的移载，搬运，大型设备的精确定位、装配等场合，总之，在现代生产中，无论原料的接受还是半成品的加工、生产、配送等环节，气动机械手都发挥着不可替代的作用。
基于此，本文主要对气动助力机械手的平衡原理与故障排除进行分析探讨。
关键词：气动助力机械手；平衡原理；故障排除1、气动助力机械手的组成气动助力机械手的重要组成是：平衡装置、气动系统、安全系统和操作系统。
操作系统由夹具，操作手柄和操作气路组成，它将硅棒夹紧，是机械手的手臂。
它的复杂程度决定了机械手的复杂程度；它的人性化程度决定了机械手的成败。
安全系统由多个回转关节的刹车，限位，安全气路及外保护组成，它使机械手安全可靠。
平衡装置是机械手的主体，是实现力平衡的主要机构。
它由气动系统由平衡气路，负载负荷转换逻辑气路，操作气路和安全气路组成。
是实现力平衡的主要动力源。
平衡气路用于平衡夹具和硅料的重量，负载负荷转换逻辑气路使机械手在有载，无载状态下均可实现平衡。
操作者始终处于轻松的工作状态，它是机械手的灵魂。
2、气动助力机械手平衡功能的工作原理通过阅读气动原理图（图1），助力机械手的“初定位”、“翻转”、“刹车”动作较易理解，文章不再叙述，重点分析“加载”、“夹紧”，以及“放松”后“空载”状态实现的工作原理。
图1 气动原理图2.1重力平衡气缸的空载压力与加载压力“重力平衡气缸”的压力由一个外控式减压阀9控制，进入重力平衡气缸的压力将由该外控式减压阀的压力实现控制。
外控式减压阀的控制气路连接到梭阀13，梭阀的两端分别直通到减压阀11以及间接通过阀3连通到减压阀12。
图中减压阀11常通，可知减压阀11调定的是“空载”压力，减压阀12调定的是“加载”压力。
“空载”压力与“加载”压力切换时，起作用的是阀3的通断，当阀3的非弹簧位起作用时，通过减压阀12与通过减压阀11的气体同时进入梭阀13的两端，因为调定“加载”压力的减压阀12压力一定高于调定“空载”的减压阀11的压力，根据梭阀工作时取输入高压作为输出的原理，通过减压阀12的“加载”压力进入外控式减压阀9的控制口，“重力平衡气缸”得到的是“加载”压力状态。
半导体芯片气动搬运机械手设计(全套图纸)
摘要本文设计了一种用于半导体芯片自动化生产线中的搬运气动机械手。
该机械手实现芯片的抓取、释放以及搬运等4个自由度的动作，结构合理，动作准确迅速，安全可靠性高。
采用日本三菱公司的FX2N系列PLC对机械手的上下、左右、回转以及芯片吸取运动进行自动化控制。
利用可编程技术结合相应的硬件装置控制机械手完成搬运动作，来配合和实现生产上的要求。
该气动机械手作为特定工位的搬运机械手，能够取代国外进口的的多功能通用机械手，节约设备成本和维护成本80%以上，在自动化生产国产化进程中具有积极的意义。
本人在实习单位的工作中发现在自动化生产线中为了便于实现柔性制造，大部分机械手都是6自由度通用机械手，它采用模块化安装，改变工位动作时只需改变相应程序即可。
然而用通用机械手去执行特定简单工位的动作，是一种生产资源的浪费。
在当今社会追求高效，节约的大环境下，本人结合工作实际设计了一款能满足特殊工位使用的机械手。
关键词：机械手；PLC；气动控制；AbstractThis paper show a Manipulator which is used for transport IC semiconductor chips. This mechanical arm can catch,release and transport the IC chips ,which is a 4-degree of freedom arm. It have a reasonably structured and a high safe reliability. The FX2N PLC which produced by Mitsubishi used to control the movements,such as up&down,right&left,turn round,catch&release. Programmable technology combining relevant hardware make the arm to meet the demand of manufacture. As designed for special function,the mechanical arm can substitute for imported multifunctional Manipulator that can save the cost of equipment and maintenance by more than 80% ,which have a active meaning during the automatic production's localization.It is the English translation of the Chinese abstract. I found it in my internship that in oder to achieve flexible manufacture system,the vast majority number of mechanical arm are 6-DOF general mechanical arm. It adopt modularization install,we just need to enter the new PLC programs when the arm need to change the movement. However ,people enable general mechanical arm to implement the special&simple motion ,which is a waste of resources for production. In nowadays social environment which peoples seek the efficient and economical. Considered the practical situation, I designed the mechanical arm which meet the demand of special motion.Key words: Manipulator; PLC; Pneumatic control目录1 绪论 (1)1.1基于PLC的气动机械手设计的意义 (1)1.2机械手的国内外的发展概况 (1)1.2.1 机械手的发展史 (1)1.2.2 气动机械手的发展史和发展前景 (3)1.3本课题应达到的要求 (5)2 机械手基本结构与控制任务 (6)2.1机械手的主要部件及运动 (6)2.2机械手的结构及技术参数列表 (7)2.2.1 气动机械手的结构 (7)2.2.1 气动机械手的技术参数列表 (7)3 机械手气动系统设计 (8)3.1气压传动的组成及工作原理 (8)3.1.1 气源装置及辅件 (8)3.1.2 气动控制元件 (9)3.1.3 气动执行元件 (10)3.2气压传动的优缺点 (11)3.3气动机械手的气缸的选用 (12)3.3.1 滑台气缸的选用 (13)3.3.2 旋转气缸的选用 (13)3.3.3 悬臂气缸的选用 (14)3.3.4 升降气缸的选用 (15)3.3.5 模块化真空发生器和真空吸盘的选用 (16)4 机械手电气系统设计 (17)4.1PLC简介 (17)4.1.1 PLC内部原理 (17)4.1.2 PLC的工作原理 (19)4.1.3 PLC机型的选择方法 (22)机械手PLC选择及参数 (23)4.2FX2N系列PLC (24)4.2.1 FX2N基本指令运用 (25)5 机械手典型动作的PLC程序设计 (26)5.1电气气动控制(PLC控制)要求 (26)PLC输入、输出点分配 (27)机械手关键步骤PLC程序 (29)6 结论与展望 (31)6.1结论 (31)6.2不足之处及未来展望 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)1 绪论1.1 基于PLC的气动机械手设计的意义随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。
机器人手部结构
应用：
喷气式吸盘图例：
7．挤气式吸盘：
主要构成：
吸盘架、压盖、 密封垫、吸盘
工作原理：
挤气式吸盘工作原理图：
六、手部结构的应用实例
1．平行指手爪机构：
工作原理：
回转动力源1和6 驱动构件2和5顺 时针或逆时针旋 转，通过平行四 边形机构带动手 指3和4作平动， 夹紧或释放工件。
放开工件：
2．电磁吸盘(2)：
适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。 适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工 作性能的工件。 适合于定位精度要求不高的工件。 适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下 的磁性会消失。
电磁吸盘图例:
3．真空式吸盘：
2．设有检测开关的手爪装置：
工作原理：
手爪装有限位开 关5和7。在指爪 4沿垂直方向接 近工件6的过程 中，限位开关检 测手爪与工件的 相对位置。当工 件接触限位开关 时发信号，汽缸 通过连杆3驱动 指爪夹紧工件。
4．上料吸盘（1）：
4．上料吸盘（2）：
4．手部的通用性比较差：
工业机器人的手部通常是专用装置：一 种手爪往往只能抓住一种或几种在形状、 尺寸、重量等方面相近的工件；一种工 具只能执行一种作业任务。
二、手部的设计要求
具有足够的夹持力。 保证适当的夹持精度：
手指应能顺应被夹持工件的形状，应对被夹持工件形 成所要求的约束。 主要是根据作业对象的大小、形状、位置、姿态、重 量、硬度和表面质量等来综合考虑。 由于感知手爪和物体之间的接触状态、物体表面状况 和夹持力的大小等，以便根据实际工况进行调整等。
7.第三章 机械手总体结构设计
第三章 机械手总体结构设计3.1 动作工况与分析气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 公斤以下，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。
机械手的全部动作由电磁阀控制的气缸驱动。
其中,上升/下降、左移 / 右移以及摆动分别由双线圈两位电磁阀控制,机械手的放松 /夹紧由一个单线圈两位电磁阀(夹紧电磁阀)控制。
机械手的任务是将 A 工作台上的工 件搬运到 B 工作台（或 B 到 A），机械手示意图如图 31 所示：图 3-1 机械手示意图在连续自动工作方式的状态下机械手的顺序实现的动作如图 1 示意图 所示：手臂下降→手指夹紧→手臂上升→手臂右摆动→手臂右伸→手臂下 降→手指松开→手臂上升→手臂左伸→手臂左摆动（回到初始位），机械手可以反复不断的进行上述循环动作。
3.2 机械手各部分结构设计3.2.1 机械手底座的设计底座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安 装于机座上，故起支撑和连接的作用。
底座的设计是根据各个零件的尺寸及有助于拆装方便来设计的如图2-2 所示：图 3-2 箱座箱座内壁不需要与其他零件有配合的关系，所以内表面不需要加工。
左右厚壁上端有 M10 的螺纹孔，要求加工表面粗糙度，连接轴承下座的， 底版的光孔是用来固定整个装置的，材料为铸铁 HT200。
3.2.2 立柱结构设计立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运 动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。
机械手的立往通常为固定 不动的，但机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移 式立柱。
a.立柱的材料及热处理由于设计功率不是太大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用材 料 45 钢，调质处理。
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。
由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。
本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。
主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
一四轴联动简易机械手的结构及动作过程 机械手结构如下图1所示，有气控机械手（1）、XY轴丝杠组（2）、转盘机构（3）、旋转基座（4）等组成。
图1 机械手结构图 其运动控制方式为：（1）由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手（有光电传感器确定起始0点）；（2）由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动（有x、y轴限位开关）；（3）可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转（其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成）；（4）旋转基座主要支撑以上3部分；（5）气控机械手的张合由气压控制（充气时机械手抓紧，放气时机械手松开）。
其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
二控制器件选型 为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：1. 步进电机及其驱动器 机械手纵轴（Y轴）和横轴（X轴）选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C 型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。
科杰机械手
和任意的周边设备联机通讯，模式切换条件定义如下： 切换方式――时间：表示到时间后进 入下一步工艺动作（不会停止输出）。 开关：表示对应的备用输入ON后进入 下一步工艺动作。 时间切换――在切换方式＝时间时有 效。瞬时：表示立刻进入下一步工艺 动作。延时：表示设定时间到达后进 入下一步工艺动作。 断开方式――时间：设定时间到达后 自动断开（停止输出）。开关：对应 的备用输入ON后断开。 待机时――保持：进入待机时动作保 持原样。清零：进入待机时动作断开。 急停时――保持：急停时动作保持原 样。清零：急停时动作断开。
16、主臂上中位 17、吸取 18、主臂上 19、横出2 20、主臂下 21、吸释 22、主臂上 23、横入 24、翻直 25、等待开模
此种联机需要注意的是机械手将产 品放到热熔机上之后需要上行等待， 以免与热熔机的动作发生冲突。
24V
Xn
外围输入
0V
机械手备用输出4
S/S
X0
Xn-1 Xn 热熔机PLC
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机械手备用输入4继电器 24V
电源
2、机械手工艺设置： 此种联机方式，要在备用输出的切换模式 中设置为开关切换，保证热熔机给出信号机械 手再动作。
1、主臂下 2、主臂前 3、允许顶出 4、吸取 5、主臂后 6、主臂上 7、翻平 8、允许合模 9、横出1 10、主臂上中位 11、吸释 12、主臂上 13、备用输出4
备用输入4 (J1-4)
备用输入6 (J1-7)
备用输入5 (J1-8)
合模完成 (J1-6)
钥匙开关
气压检测 (J1-12)
短路航插 (J1-3)
备用
备用
中模信号
0V
助力机械手气动控制系统设计
目录原文 (1)译文 (6)原文机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手的概念我国国家标准(GB/T12643–90)对机械手的定义：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。
”机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。
专用机械手：它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。
如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。
通用机械手：它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。
它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。
它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。
机械手扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。
目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。
机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
气动机械手的简介气动技术—这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。
目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。
气动技术(Pneumatics)是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。
机械手臂设计
动伺服技术走出实验室，气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。
目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。
我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。
随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。
由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点。
图2-3 长度与张力的关系2.1.3气动肌肉的模型在最简单的情况下，气动肌肉用作单作用驱动器，负载不变（如图2-4a）。
假设气动肌肉上该负载一直存在，在没有压力的情况下，肌肉将从原始状态被拉伸一段长度，这是考虑气动肌肉的技术特性的一种理想工作状态：当加压时，气动肌肉在预拉伸状态下有最大的输出力和最佳动态性能，并且耗气量最小。
在这种情况下，可用的力也最大。
如果要求气动肌肉在扩张状态时无作用力（如允许附加上负载），首先就要加上用于提升负载目的的保持力，利用它的运动来移动作用力小的元件。
(a) (b)图2-4不同外力作用下气动肌肉表现形式当外力发生变化时（如图2-4b），气动肌肉像一根弹簧；它与力的作用方向一致。
对用作“气弹簧”的气动肌肉而言，预拉伸力和弹簧刚度都是变化的。
气动肌肉在常压或体积不变的情况下可用作弹簧。
这些气动肌肉会产生不同的弹簧特性，这使得它可很好地适用于具体应用[26]。
在机械设计手的设计过程中，为了简化设计的模型，使设计过程简单明了，采用如图2-5的二维简化模型。
在三维模拟仿真阶段，由于气动肌肉所做的是拉图2-5 二维简化模型图2-6 三维简化模型伸运动，为了实现肌肉的这种运动形式，把气动肌肉中部的隔膜软管的圆柱体改为长方体,并且为了定义滑动杆运动形式的方便，把每一根气动肌肉看做是由左右两根等长的半根气动肌肉组成（如图2-6）。
总装自动助力机械手同步随行方案的实施
・工艺与装备 2020-06/07图1 人工操作的助力机械手图2 主动随行安装方式导轨及小车升降主机夹具助力机械手主线v 主线M2M1v 机械手AI 汽车网—总装专题序号自动同步随行方案模型实现方式差异比较1先等待，再同步（机械手取完料后，行进到等待位，当车身到位后再同步随行）自动获取主线线速，手动同步①PLC 获取主线编码器的线速②PLC 把主线线速转换成频率控制字通过PN 总线给变频器③当车身到位，手动按“随行”按钮，机械手随行2自动获取主线线速，自动同步①PLC 获取主线编码器的线速②PLC 把主线线速转换成频率控制字通过PN 总线给变频器③当车身到位，行程开关触发，机械手随行3手动调节机械手速度（电位计），手动同步①手动调节电位计，改变变频输出频率②当车身到位，手动按“随行”按钮，机械手随行4手动调节机械手速度（电位计），自动同步①手动调节电位计，改变变频输出频率②当车身到位，行程开关触发，机械手随行表1 模型一的差异比较序号自动同步随行方案模型实现方式差异比较1先追赶，再同步（机手动追赶，①手动按“追赶”按钮，机械手高速前行表2 模型二的差异比较图3 先等待再同步随行模型一图4 先追赶再同步随行模型二① 等待位等待① 先追赶② 同步随行② 再同步随行・工艺与装备工业机器人INDUSTRIAL ROBOTS （图5）。
通过获取主线的线速，通过PLC 内部计算转换成自动助力机械手驱动电动机的转速，以实现同步随行（图6）。
结语同步随行有两种模式：先等待，再随行；先追赶，再随行。
结合各大主机厂使用情况，其中“先等待，再随行”可以适当降低操作者负荷和操作时间，同时有利于快速完成定位安装；“先追赶，再随行”往往发生在上一个工序进展不顺利而耽误了节拍的场合。
为了满足实际生产需要，两种模式都需要考虑。
通过PLC 程序分析，我们给出了两种不同的实现同步等速的模型，在实际生产运行中可以借鉴和参考。
图5 高速、低速及随行的速度控制程序图6 通过主线速度转换成机械手的速度的控制程序看弗戈视频观工业发展致力于打造中国工业在线视频媒体平台为用户建立连接精心策划 鼎力打造人物类汽车追梦人 大咖汇企业类企业聚光灯技术类技术挖掘机应用类成功案例评说新闻类汽车工业20分事件类现场巡礼 展览汇在线看视频。
机械手气动回路设计
机械手气动系统的设计气压传动是依靠空气或其他气体作为介质，将压缩气体的压力能转化为机械能的一种传动方式。
近20年来，随着PLC技术与气动技术的结合，使得整个气压传动系统在多种自动化生产线上得到了广泛的应用。
气压传动以空气作为介质，取用方便没有污染，用完可以直接排入大气;由于空气黏度很小，所以气压传动可以实现中、远距离输送;气压传动的环境适应性好，无论在易燃、易爆，多尘埃、振动等环境中气压传动均能安全可靠的工作。
但是，气压传动噪声较大，必须在排气端加装消声器来降低噪声。
气压传动系统主要由气体发生装置、执行元件、控制元件以及辅助元件四部分构成。
气体发生装置将原动机提供的机械能转变成气体的压力能，一般使用空气压缩机。
执行元件是以压缩空气为介质产生机械运动，将气体的压力能转变为机械能以驱动工作部件，包括气缸和气动马达。
控制元件用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流向，使执行机构按要求的程序和性能工作。
控制元件种类比较多，基本包括压力、流量和方向三大类的各种阀。
辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需要的一些装置，如分水过滤器、油雾器、消声器等。
由于气压传动技术具有控制动作迅速、反应快等优点，为了保证产品的一致性，减轻工人体力劳动，提高生产效率降低成本，气压传动技术广泛应用在生产自动化领域，尤其在生产线的连接中使用更加广泛。
这项技术应用在注塑机械手上，可以明显降低机械手的重量，降低机械手总体的能耗，使得机械手产品变的更具有竞争力[16，17]。
1 气动系统总体方案描述本课题设计的机械手所拾取的工件为注塑件，不具磁性起模面一般是规则的表面，最大重量为5kg，在拾取时不能划伤工件，一次只能拾取一件。
由于废料在工件顶出以后仍与工件相连，需要有效的夹断废料，同时废料的夹持必须可靠以防止落入注塑机中。
最后工件的翻转还要求工作平稳快速。
基于以上的要求选用气动设备来完成拾取的工作。
在端拾器上安装真空吸盘，采用真空吸盘抓取和放置工件，能够有效地保护工件表面不被划伤，工件只受到自身重力作用，端拾器上的真空吸盘不给工件施加其他方向的力，工件在输送过程中不会产生变形。
项目八机械手
1．了解气压装置（设备）对气动系统的动作要求。 2．逐步浏览整个系统，看懂图中各气动元件的图形符号，了解它的名 称、一般用途。 3．分析图中的基本回路及功用。 4．了解系统的工作程序及程序转换的发信元件，弄清压缩空气的控制 路线。 5．按工作程序图或电磁铁动作顺序表逐个分析其程序动作。读懂整个 回路是如何实现设备动作要求的。 6．全面读懂整个系统后，归纳总结整个系统的特点。
任务实施：机械手的PLC控制
3．系统接线图
立立
柱柱
立立
逆顺
柱柱 缩 伸 时 时
启停 下上 臂 臂 针 针
动止 限限 限 限 限 限
SB1 SB2 位 位 位 位 位 位
a0 a1 b0 b1 c0 c1
~ 220V
COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 N L
PLC (FX2N -48MR)
3）回转机构缸置位
任务实施：机械手的PLC控制
1. 某通用机械手气动系统结构组成及原理图
图8-7 某通用机械手的结构示意图
图8-8 某通用机械手的气动系统图
任务实施：机械手的PLC控制
2．机械手控制系统的动作顺序流程图 对机械手的控制程序要求如下： 立柱上升→伸臂→立柱顺时针转→立柱逆时针转→缩臂→立柱下降。图 中为启动信号。
图8-3 JS02型工业机械手液压系统原理图
任务实施：某液压机械手系统原理图分析
图8-4是某液压机械手的系统原理图及其基本组成结构示意图。
图8-4 液压机械手系统原理图
知识拓展：搬运机械手的发展趋势
1.将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以 及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的 作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。