毕业设计(论文)-气动机械手驱动系统及控制系统设计

毕业设计（论文）-气动机械手驱动系统及控制系统设计气动机械手驱动系统及控制系统设计

目录

课题简介.........................................................................第2页绪论...............................................................................第3页第一章设计课题及意义....................................................第8页第二章设计的总体方案.. (10)

第三章驱动机构的设计与计算 (11)

第一节气压及电气原理图的设计....................................第11页第二节机械手的受力分析及尺寸的确定...........................第13页第三节气动及电气元件的选择.......................................第17页第四章控制系统的设计与编程.........................................第20页第一节控制要求的确定.................................................第20页第二节 PLC的选择.......................................................第21页第三节控制程序的设计(梯形图)..................................第23页第四节梯形图的外部接线图及操作面板的设计. (28)

设计小结........................................................................第30页参考文献 (31)

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气动机械手驱动系统及控制系统设计

课题简介

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是计算机的广泛应用，机械手的研制和生产已成为高技术领域内迅

速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使机械手更好的实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手大等特点，因此机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。

气动技术是实现生产工业自动化的方式之一，由于气压传动系统安全可靠，可以在高温、振动、腐蚀、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣的环境下工作，所以应用日益广泛。用气控机械手代替手工作业是工业自动化发展的一个方向。

步进电机的技术的日益成熟和广泛应用，使其定位精度高，便于控制的优势得以发挥，将步进电机与气动组合应用，使机械手的性能大大提高。

同时，随着PLC性能价格比的不断提高，PLC的应用领域非常广泛，目前，PLC 在国内外广泛应用于冶、机械、石油、交通运输等各个方面。一般来说，PLC是自动生产线上不可缺少的控制部件。PLC作为一种通用的工业控制器，适用于工业机械手的控制。

在该设计中，机械手的手爪的抓紧、放松采用气压驱动，手臂的上升、下降由步进电机来驱动，底盘的旋转由直流电机驱动，控制部分采用F1系列小型PLC，型号为F1-40MR。

目前，机械手向越来越紧凑，越来越快，越来越强力的方向发展，因为，紧凑的设计可便于在车间中安装。较快的速度可提高生产量，而提高有效载荷能力可以操作更大的零件。因此我们采用气动驱动提高速度。使用PLC控制室设计紧凑。

所以我们采用PLC控制的气动机械手是综合性能比较好的机械手。

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气动机械手驱动系统及控制系统设计

绪论

机械手是一种能按给定的程序或要求自动地完成物件(如材料、工件、零件、或工具等)传送或操作作业的机械装置，它能部分的代替人的手工劳动。较高级形式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。一、机械手的组成

1、手部包括手指、传动机构等，主要起抓取和放置物体的作用。

2、传送机构包括手腕、手臂等，主要起改变物体方向和位置的作用。

是驱动前两部分的动力，也称为动力原，常用的有液压驱动、气3、驱动部分动驱动、机械驱动、电力驱动四种形式。

4、控制部分是机械手的指挥系统，由它控制动作的顺序、位置和时间(甚至速度与加速度)。

5、其他部分如机体，行走机构，行程检测装置和传感装置

1)机体是用以支撑和连接其它零件、部件的基础

2)行走机构是为了扩大机械手的使用空间而设置的，它本身又包括动力源、传动机构、滚轮和连杆机构，目前大多机械手还缺乏行走机构。 3)行程检测装置是检测和控制机械手各运动行程的装置。

4)传感装置其中装有某种传感器，是手指具有敏感性和控制性，用以反映手指与物件是否接触，物件有无滑下或脱落，物件的方位是否正确，手指对物件的握紧力是否与物件的重量相适应等。

二、机械手的应用及意义

机械手在机械工业中，如冲压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等都有应用在其它部门，如轻工业、建筑业，国防业等工作中都有应用。

应用机械手，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高生产小路和减低生产成本。同时，在高温、低温、有灰尘、噪声、有辐射或有毒性污染以及工作空间狭窄的场合，用人手直接操作是有为危险的，而用机械手即可部分或全部的代替人安全的完成工作，是劳动强

度得以改善。尤其是较笨重的、简单而重复次数多的操作中，以机械手代替人手，可避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。而且应用机械手代替手工作，这是直接减少人力的一个方面，同时应用机械手可以连续的工作，是减少

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气动机械手驱动系统及控制系统设计

人力的另一个侧面。因此在自动化机床和综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行生产。

因此，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。三、机械手的分类

1、按机械手的使用范围分类

1)专用机械手一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。在现代企业中，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送，这类机械手结构简单，成本低，使用于动作比较简单的大批大量生产的场合。 2)通用机械手(也称工业机器人) 具有可变程序和单独驱动的控制系统。不仅可以从属某种机器，而能自动的完成传送物体或操作某中工具底机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可以氛围简易型和伺复型。通用机械手由于手指可换，程序可变，使用于中、小批量生产，但因其结构复杂、运动较多，技术条件要求较高，故制造成本较高。

2、按机械手臂的运动坐标形式分

1)直角坐标式机械手手臂可以沿直角坐标系前后伸缩，左右移动和上下移动。 2)圆柱坐标式机械手手臂可以沿直角坐标轴转动，又可前后伸缩，左右转动，上下升降。

3)求坐标式机械手臂部可以沿坐标轴移动，可绕坐标轴转动，手臂可前后伸缩，上下摆动，左右转动。

4)多关节机械手这种机械的手臂分为小臂和大臂。