毕业设计（论文）-基于PLC的小型搬运式机械手控制系统设计

1、PLC的小型搬运式机械手控制系统设计 HYPERLINK file:/C:wfpaperml.htm t _parent 目录.1 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840001.pdf t mainFrame 第一章 绪 论.4 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840001.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手概述.4 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840001.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的组成和分类.4 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840

2、004.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的组成.5 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840005.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的分类.6 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840006.pdf t mainFrame 小型搬运机械手国内外开展状况. .7 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840007.pdf t mainFrame .8 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840008.pdf t mainFrame .8 HYPERLINK fil

3、e:/C:wfpapery5663840009.pdf t mainFrame .9 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840010.pdf t mainFrame 第二章 小型搬运机械 械手的设计方案.9 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840010.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的座标型式与自由度.10 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的手部结构方案设计.11 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840

4、012.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的手腕结构方案设计.13 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的手臂结构方案设计.14 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的驱动方案设计.15 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的控制方案设计.17 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840017.

5、pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的主要参数.18 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840018.pdf t mainFrame 小型搬运机械 械手的技术参数列表.19 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainFrame 第三章小型搬运机械手 手部结构设计.20 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainFrame 小型搬运机械手夹持式手部结构.21 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainF

6、rame 小型搬运机械手手指的形状和分类.22 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainFrame 小型搬运机械手设计时考虑的几个问题.23 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840023.pdf t mainFrame 小型搬运机械手手部夹紧气缸的设计.24 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840025.pdf t mainFrame 第四章 小型搬运机械手手腕结构设计.26 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840025.pdf t mainFrame 小型

7、搬运机械手手腕的自由度.28 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840025.pdf t mainFrame 小型搬运机械手手腕的驱动力矩的计算.29 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840028.pdf t mainFrame 小型搬运机械手手腕转动时所需的驱动力矩.29 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 小型搬运机械手回转气缸的驱动力矩计算.30 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 小型搬运机械手

8、回转气缸的驱动力矩计算校核.33 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 第五章 小型搬运机械手手臂伸缩、升降、回转气缸的设计与校核.33 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬运机械手手臂伸缩局部尺寸设计与校核.34 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬运机械手尺寸设计.35 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame

9、 小型搬运机械手尺寸校核.35 .3小型搬运机械手导向装置.36 5小型搬运机械手平衡装置.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬运机械手手臂升降局部尺寸设计与校核.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬运机械手尺寸设计.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 小型搬运机械手尺寸校核.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840036.p

10、df t mainFrame 小型搬运机械手手臂回转局部尺寸设计与校核.38 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame .39 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 校核.40 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840039.pdf t mainFrame 第六章 小型搬运机械手气动系统设计.41 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840040.pdf t mainFrame 小型搬运机械手气压传动系统工作原理图

11、.42 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840041.pdf t mainFrame 小型搬运机械手气压传动系统工作原理图的参数化绘制.43 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 第七章 小型搬运机械手的PLC控制设计.44 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 小型搬运机械手可编程序控制器的选择及工作过程.45 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 小型搬运机械手

12、可编程序控制器的选择.46 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 小型搬运机械手可编程序控制器的工作过程.47 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840046.pdf t mainFrame 小型搬运机械手可编程序控制器的使用步骤.48 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840047.pdf t mainFrame 小型搬运机械手可编程序控制器控制方案.49结论.50致谢.51参考文献.52第一章 绪 论 小型工业机械手概述PLC小型工业搬运机械手由控制器、操作机、伺服操作驱

13、动系统和机械检测快速传感设备构成，PLC小型工业搬运机械手适合于许多品种、大批量的生产。小型气动机械手它对提高稳定生产的产品品质，提高劳动生产率，改善加工生产条件起着非常重要的作用和地位。PLC小型工业搬运机器人技术是综合了各种人工智能的高新技术，当今企业机器人应用使用普遍，是一个国家工业现代自动化开展水平的重要前提嗯和标志。PLC小型工业搬运机械手是仿人类手部的动作，小型气动机械手按设定的程序、轨迹实现现代自动搬运或移动的自动化加工的机械装置。在现代机械加工的开展等机械加工方面小型气动机械手得到重大的应用，PLC小型工业搬运机械手的结构设计形式比拟方便，小型气动机械手专用性实用性强。随着现代

14、工业先进技术的开展，小型气动机械手设计成了可以独立的按设计的程序控制系统实现重复的操作加工，称小型气动机械手通用加工机械手。小型气动机械手适应生产加工性强，它在许多变换生产品的的中小批量生产加工工作中中获得很大使用效率。1.2 小型工业机械手的组成和分类小型工业机械手的组成小型搬运的机器人机械手主要由机械手的驱动系统、机械手的执行机构、机械手的位置检测装置以及机械手的控制系统等所组成。小型气动机械手小型搬运的机器人的机械手各个控制系统之间的相互关系。(一)执行机构小型气动机械手搬运的机械手的执行机构的主要包含机械手的执行手腕、机械手的执行手部、机械手的执行立柱和机械手的执行手臂等部件，有的机械

15、手的执行机构还设计有可以行走的机构。1、手部小型气动机械手搬运的机械手的手部是与物品相互接触的局部。由于小型搬气动机械手运的机械手的手部与物件相互接触的形式不相同，可将小型气动机械手搬运的机械手的手局部为夹持式机械手的手部和吸附式机械手的手部，小型气动机械手搬运的机械手的手部在本工程中我们设计为夹持式机械手的手部结构。小型气动机械手搬运的夹持式机械手的手部由机械手指和机械传力机构所组成。小型气动机械手搬运的机械手指是直接与物件直接相接触的局部，常用的小型气动机械手搬运的机械手指运动形式有：回转型运动形式和平移型运动形式。回转型运动形式的手指结构设计简单，制造生产容易，应用普遍。平移型运动形式的

16、市场应用的比拟少，由于其原因是设计的结构相对复杂，但平移型运动形式的手指当夹持圆形的零件时，工件直径的相互变化不影响其装夹轴心的位置，因此小型气动机械手搬运的机械手适宜的装夹夹持直径变化范围比拟大的零件。小型搬运的机械手指的设计结构主要取决于手指被抓取零件的被抓部位、外表形状、和物件零件的尺寸。常用的小型气动搬运机械手搬运的机械指形有V形面的机械指形、平面的机械指形和曲面的机械指形:小型气动机械手搬运的机械手指有外夹式机械手指和内撑式机械手指;机械指数有多指式机械指数、双指式机械指数和双手双指式机械指数等。而小型搬运的机械指数传力机构那么通过机械手指产生的夹紧力来完成夹放零件的加工移动。小型气

17、动机械手搬运的机械手指的传力机构型式通常使用的有:连杆杠杆机械手指传力机构式、滑槽杠杆机械手指传力机构式、齿轮齿条机械手指传力机构式、斜面杠杆机械手指传力机构式等。2、手腕小型plc气动机械手搬运的机械手手腕是连接小型气动机械手手臂和小型气动机械手手部的部件，并可用来调整气动机械手被抓取起来的零件的移动。3、手臂小型plc气动机械手搬运的机械手臂是气动机械手手部、气动机械手支承被抓物件、气动机械手手腕的重要构件。小型搬运的机械手臂的作用是气动机械手臂带动机械手指去抓取零件，并按预定气动机械手要求将其搬运到指定的位置，工业小型气动机械手搬运的机械手的手臂通常由机械驱动手臂运动的部件与机械手的驱动

18、源相配合，以实现气动机械手臂的运动。4、立柱小型气动机械手搬运的机械立柱是机械支承手臂的构件，小型气动机械手搬运的机械立柱是机械手臂的一个组成局部，小型气动机械手搬运的机械手臂的升降运动和回转运动，他们与小型搬运的机械立柱有很深的联系。小型气动机械手的机械手的立柱因工作方式的要求，可以产生横向的移动，我们可以称作小型气动机械手搬运的机械手的可移式立柱。5、行走机构小型气动机械手搬运的行走机构在工业机械手中工作要求完成较远工作距离的操作，可在机械 座上安滚轮式行走机构，用来产生气动机械 械手的整机运动形式。1.2.2 机械手的分类(一)按用途分：专用机械手和通用机械手两种:(二)按驱动方式分：液

19、压传动机械手、气压传动机械手、机械传动机械手和电力传动机械手(三)按控制方式分：点位控制、连续轨迹控制1.3 国内外开展状况国内外PLC小型工业搬运机械机器人开展未来的开展趋势:小型搬运机械手性能不断提高，而PLC小型工业搬运机械单机价格逐渐下降 (2)PLC小型工业搬运机械机械结构可重构化加工模块化加工开展。进入新世纪，迫切要求我们国家提高工人的劳动生产率，降低工人在企业的实际劳动强度，提高我国现代工业先进制造自动化水平，本工程设计的是一个plc小型气动搬运机械手，主要应用于企业工业先进的自动化的产品生产线，把工业生产加工的产品从同一生产线搬运到另外一条生产加工的生产线，实现全面的自动化生产

20、。现在的企业使用的机械手大多采用液压传动，而现今的液压传动有许多缺点:(1)液压传动机械手在工作过程中常有较多的能量损失，易泄漏，平安性不高。(2)液压传动机械手在工作时受生产温度的变化影响较大。(3)液压传动机械手因液压脉动混入空气，易产生加工噪声。(4)液压传动机械手使用维护技术水平要求高。维修费用高，本设计的机械手采用气压传动来实现，气动技术的优点:(1)气压传动机械手介质提取处理便捷。2)气压传动机械手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，可以远距离输送。(3)气压传动机械手动作迅速灵敏。气动传动系统可以快速实现过载的保护，便于实现自动化的系统控制。(4)气压传动机

21、械手的能源方便存放。(5)气压传动机械手工作条件要求不多。气压传动机械手在工作时不会因环境的改变影响传动及控制系统的加工制造生产的功能。(6)气压传动机械手制造生产加工的本钱少。气压传动机械手方便制造，制造生产本钱少。气压传动机械手在当今企业工业先进的自动化生产加工制造里，对气动加工机械手、气动生产的机器人进步空间还有很大。 课题的主要任务本工程的课题将要完成的主要任务如下:气压传动机械手为先进制造的机械手，因此相对于气压传动机械手专用机械手来说，气压传动机械手的用的地方比拟多。(2)气压传动机械手选取机械手的气压传动机械手座标型式选取和气压传动机械手自由度选取。(3)气压传动机械手设计出机械

22、手的各执行机构，包括:气压传动机械手手部、气压传动机械手手腕、气压传动机械手手臂等部件的设计。为了使气压传动机械手实际应用型更强，气压传动机械手手部设计成可快速更换的机械设计结构，气压传动机械手不仅可以应用于气压传动机械手夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候气压传动机械手还可以用气压传动机械手气流负压式吸盘来吸取板料加工的工件。(4)气压传动系统的设计本工程课题将设计出气压传动机械手的气压传动系统，包括气压传动机械手气动元器件的选取，气压传动机械手气动回路的设计，并绘出气压传动机械手气动原理图。(5)对气压传动系统原理图的参数化绘制进行研究，提高绘图效率，改善绘图质量。(6)气压传动机械

23、手的控制系统的设计气压传动机械手拟采用(PLC)对气压传动机械 械手进行控制，本课题设计的将要选取PLC型号，根据气动传动的机械手的工作流程编制出现实的PLC程序，并画出梯形图。第二章 小型搬运式机械手的设计方案对于气动小型搬运式机械 械手的设计比照小型搬运式机械手的加工生产的根本的设计的要求是：设计出的机械手能准确快速地通过气动机械手来拾放。设计的小型的气动机械手的设计加工原那么是:小型的气动机械手分析小型气动机械手作业加工对象的技术使用要求，拟定设计小型的气动机械手最合理的气动机械手作业的加工工序和加工工艺，并使计的满足小型气动机械手系统功能的使用加工条件和环境加工生产条件;确定对设计的小

24、型气动机械手结构及设计的气动机械手运行系统控制的设计加工要求;设计生产小型的气动机械手简化的加工制造过程，可以实现小型的工程设计的小型的气动机械手是在小型的气动机械手通用气动机械手的上下料，主要适合于生产小型的气动机械手成批或小批生产、设计的小型气动机械手可以改变小型的气动机械手动作程序的自动移动搬运或小型的气动机械手的操作设备。机械手的座标型式和自由度的分析机械手按气动装置的不同运动形式分为关节式气动机械手手臂、直角座标式气动机械手手臂。本设计采用圆柱座标式型气动机械手，手臂相对于动机械手手臂的机械手具有三个自由度，通过增加小型气动机械手手臂摆动机械机构，增加一个机械手手臂上下摆动的自由度。

25、进而解决问题。2.2 机械手的手部结构设计机械手的手部机构为了使小型气动机械手的实用性更强，将其设计成小型气动机械手的手部机构可方便换的结构，当零件是棒料时，使用夹持式气动机械手手部;当零件是板料时，使用气流负压式吸盘气动机械手手部。2.3 机械手的手腕结构方案设计小型气动机械手的手腕的结构设计我们想到该小型气动机械手的使用方便性，小型气动机械手的手腕被抓取零件是水平放置，因此小型气动机械手的手腕必须设计有回转运动才可满足小型气动机械手的工作加工的设计要求。2.4 机械手的手臂结构方案设计小型气动机械手按照抓取零件的设计使用要求，该设计的小型气动机械手的手臂设计加工工作时有三个自由度，即小型气

26、动机械手的手臂左右回转、小型气动机械手的手臂手臂的伸缩和小型气动机械手的手臂降运动。小型气动机械手的手臂的运动是通过小型气动机械手立柱来实现的，小型气动机械手的立柱的横向移动的过程就是小型气动机械手臂的横移。小型气动机械手的手臂的各种工作运动由小型气动机械手的气缸来实现。2.5 机械手的驱动设计小型气动机械手由于机械手的气压传动系统的工作传动动作迅速，小型气动机械手本钱价位比拟低，故本小型气动机械手设计的机械手采用气压传动方式的驱动设计。2.6 机械手的控制设计小型气动机械手的控制方案设计考虑到小型气动机械手生产工作中的通用性，并且该小型气动机械手设计使用点位控制，因此我们采用小型气动机械手可

27、编程序控制器对该小型的机械手工作加工进行控制。当小型气动机械手的动作流程改变时，我们只要来改动小型气动机械手PLC程序即可实现。2.7 机械手的主要参数1.小型气动机械手的最大抓重是要求的设计的小型气动机械手主要的设计参数，查阅设计的相关小型气动机械手的设计参数，该工程的设计的小型气动机械手抓取的零件的重量为5公斤2.小型气动机械手的运动速度是小型气动机械手设计的根本要求的加工设计参数。该小型气动机械手设计的最大移动速度设计为。小型气动机械手设计的最大回转速度设计为。小型气动机械手设计的平均移动速度为。小型气动机械手设计的平均回转速度为。根据设计的小型气动机械手设计的根本数据的统计和比拟，该小

28、型气动机械手手臂的伸缩行程定为600mm,小型气动机械手设计的最大工作半径约为。小型气动机械手设计的手臂升降行程定为。小型气动机械手设计的定位精度也是设计根本要求的参数之一。该小型气动机械手的定位精度为。2.8 机械手的技术参数列表 一、小型气动机械手设计的用途:小型气动机械手设计的用于自动加工生产输送线的上下料。 二、小型气动机械手设计的设计要求的技术加工生产参数: 小型气动机械手设计的自由度数为3个X、Y、Z自由度;抓重为10kg；座标型式为小型圆柱形式座标；最大工作半径为；手臂最大中心高为；手臂运动参数：分别为伸缩行程；升降行程；升降速度；回转范围；回转速度 ；手腕运动参数：回转范围 ；

29、回转速度。夹持范围棒料:；定位方式由行程开关或可调机械挡块等；定位精度为；驱动方式为气压传动；控制方式点位程序控制。第三章 手部结构设计 气动机械手夹持式手部结构由手指、传力机构所组成。结构形式有：弹簧杠杆式机械手传力结构、齿轮齿条式小型气动机械手传力结构等。 小型气动机械手夹持式分类有：两指式、多指式和双手双指式等等结构设计。注意的几个问题 机械手的手指具有足够的握力；在确定小型气动机械手的手指的握力时，设计考虑小型气动机械手的夹装的工件重量大小外，所承受的力外；应该及时考虑到机械手在加持运输中惯性力和碰撞所受的的影响，是否满足夹紧力手否满足需要。(二)小型气动机械手的手指间应具有一定角度的

30、的开闭角机械手的两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为开闭角。机械手的手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，假设夹持不同直径的工件，首先，小型气动机械手的最大直径的工件考虑。对其夹角进行严格设计。 (三)小型气动机械手的保证工件准确定位根据小型气动机械手的被抓取工件的形状，选择相应的小型气动机械手的手指形状。例如小型气动机械手的圆柱形工件采用带“V形面的机械手的手指，以便小型气动机械手的自动定心。 (四)小型气动机械手的具有足够的强度和刚度小型气动机械手的手指除设计有受到被夹持工件的反作用力外，还受到小型气动机械手在加工工作运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，设计要求小型气动机械手有

31、足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应设计尽量使小型气动机械手的结构简单简便，重量轻，并使小型气动机械手的手部的中心在小型气动机械手的手腕的回转轴线上，以使小型气动机械手的手腕的扭转力矩最小为佳。(五)小型气动机械手的考虑被抓取对象的要求小型气动机械手的设计根据设计要求的机械手的工作需要，通过小型气动机械手的比拟，我们采用的小型气动机械手的手部结构是一支点 ，小型气动机械手的两指回转型，由于加工装夹的工件多为圆柱形，故小型气动机械手的手指形状设计成V型。1、小型气动机械手手部驱动力计算型气动机械手手部其工件重量G=5公斤；小型气动机械手手部V形手指的角度，,小型气动机械手手部的摩擦系数为 (

32、1)小型气动机械手手部加工生产的驱动力为:(2)小型气动机械手手部工作加工的握力计算公式:所以所以： (3)实际工作时加工的驱动力: 1、因为小型气动机械手手部传力机构为齿轮齿条传动，故小型气机械手手部设计的取，并取。假设小型气动机械手手部被抓取工件的加工的最大加速度取时， 那么: 所以： 所以：小型气动机械手夹紧气缸的驱动力为。2、小型气动机械手气缸的直径小型气动机械手气缸设计的本小型气动机械手气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，小型气动机械手单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服小型气动机械手弹簧的反作用力和小型气动机械手活塞杆加工时的总阻力，其公式为:式中: - 小型气动机械手活塞杆上

33、的推力，N - 小型气动机械手弹簧反作用力，N- 小型气动机械手气缸加工工作时的总阻力，N- 小型气动机械手气缸加工工作压力，Pa小型气动机械手弹簧反作用力:Gf = 式中:- 小型气动机械手弹簧刚度，N/m- 小型气动机械手弹簧预压缩量，m- 小型气动机械手活塞行程，m- 小型气动机械手弹簧钢丝直径，m- 小型气动机械手弹簧平均直径，.- 小型气动机械手弹簧有效圈数.- 小型气动机械手弹簧材料剪切模量，一般取在小型气动机械手设计中，必须考虑小型气动机械手负载率的影响，那么:由以上分析得小型气动机械手单向作用气缸的直径:代入有关数据，可得 所以:查有关小型气动机械手设计手册圆整，得由,可得小型

34、气动机械手活塞杆直径:圆整后，取小型气动机械手活塞杆直径校核，按公式有:其中，那么:满足实际小型气动机械手加工设计要求。3,小型气动机械手设计的缸筒壁厚的设计小型气动机械手缸筒直接承受压缩空气压力，小型气动机械手必须有一定厚度。一般小型气动机械手气缸缸筒壁厚与小型气动机械手内径之比小于或等于1/10，其小型气动机械手壁厚可按小型气动机械手薄壁筒公式计算:式中:- 小型气动机械手缸筒壁厚，mm- 小型气动机械手气缸内径，mm- 小型气动机械手实验压力，取, Pa小型气动机械手材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，那么小型气动机械手壁厚为:取，那么小型气动机械手缸筒外径为: 第四章 手腕结构设计

35、小型气动机械手考虑设计到小型气动机械手的通用性，同时由于小型气动机械手被抓取工件是水平放置，因此设计的小型气动机械手手腕必须设有小型气动机械手回转运动才可满足加工装夹使用工作的要求。因此，小型气动机械手手腕设计成回转结构，实现小型气动机械手手腕回转运动的机构为小型气动机械手回转气缸。4.1 小型气动机械手手腕的自由度小型气动机械手手腕是连接小型气动机械手手部和小型气动机械手手臂的部件，小型气动机械手手腕作用是调整或改变小型气动机械手装夹工件的方向，因而小型气动机械手手腕具有独立的自由度，以使小型气动机械手适应更加复杂的加工动作要求。小型气动手腕自由度的选用与小型气动机械手的通用性、小型气动机械

36、手加工工艺要求、小型气动机械手工件放置方位和小型气动机械手定位精度等许多因素有关。由于本小型气动机械手抓取的工件是水平放置，同时设计的小型气动机械手考虑到通用性，因此给设计的小型气动机械手手腕设一绕x轴转动回转运动才可满足小型气动机械手加工装夹工作的要求目前实现小型气动机械手手腕回转运动的机构，设计实际中应用最多的为小型气动机械手回转油(气)缸，因此我们选用小型气动机械手回转气缸。小型气动机械手回转气缸的结构紧凑，但小型气动机械手回转气缸回转角度小于，并且设计要求加工严格的密封。4. 2 小型气动机械手手腕的驱动力矩的计算 小型气动机械手手腕转动时所需的驱动力矩小型气动机械手手腕的回转、和左右

37、摆动、上下均为小型气动机械手手腕回转运动，小型气动机械手手腕驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服小型气动机械手手腕起动时所产生的惯性力矩，小型气动机械手手腕的转动轴与支小型气动机械手承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于小型气动机械手转动件的中心与小型小型气动机械手手腕受力的示意图。小型气动机械手手腕转动时所需的小型气动机械手手腕驱动力矩可按下式计算: 式中: - 小型气动机械手驱动手腕转动的驱动力矩();- 小型气动机械手手腕转动惯性力矩();- 小型气动机械手参与转动的零部件的重量; - 小型气动机械手手腕回转缸的摩擦阻力根据小型气动机械手手腕受力情况，分析

38、各小型气动机械手手腕阻力矩的计算:1、小型气动机械手手腕加速运动时所产生的气动机械手手腕惯性力矩M悦假设小型气动机械手手腕起动过程按等加速运动，小型气动机械手手腕转动时的角速度为，小型气动机械手起动过程所用的工作时间为，那么: 式中:-小型气动机械手参与气动机械手手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量;- 小型气动机械手工件对气动机械手手腕转动轴线的转动惯量。假设小型气动机械手工件中心与小型气动机械手转动轴线不重合，其小型气动机械手转动惯量为:式中: - 小型气动机械手装夹对过重心轴线的转动惯量:- 小型气动机械手装夹的重量(N);- 小型气动机械手装夹的重心到气动机械手转动轴线的偏心距(cm),

39、 - 小型气动机械手手腕转动时气动机械手的角速度(弧度/s);- 小型气动机械手装夹起动过程气动机械手所需的时间(s); 小型气动机械手装夹起动过程气动机械手所转过的角度(弧度)。2、小型气动机械手手腕转动件和小型气动机械手手腕抓工件的偏重对气动机械手转动轴线所产生的偏重力矩M偏 + 式中: - 小型气动机械手手腕转动件的重量- 小型气动机械手手腕转动件的重心到气动机械手转动轴线的偏心距当工件的重心与小型气动机械手手腕转动轴线重合时，那么.3、小型气动机械手手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 式中: ，- 小型气动机械手转动轴的轴颈直径- 小型气动机械手摩擦系数，对于小型气动机械手滚动轴承，对于小

40、型气动机械手滑动轴承;,- 处的气动机械手支承反力，可按小型气动机械手手腕转动轴的受力分析，,得:同理，根据(F),得:式中:- , 如图4-1所示的小型气动机械手长度尺寸 回转气缸的驱动力矩计算小型气动机械手在机械手的手腕回转运动中所采用的小型气动机械手回转缸是小型气动机械手单叶片回转气缸，小型气动机械手单叶片回转气缸原理如图4-2所示，小型气动机械手单叶气缸的压力P小型气动机械手驱动力矩M的关系为:, 或 4.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核小型气动机械手的气缸长度设计为,小型气动机械手的气缸内径为=96mm,小型气动机械手的气缸半径,小型气动机械手的气缸轴径=26mm,小型气动机械手的气

41、缸半径,小型气动机械手的气缸运行角速度=，小型气动机械手的气缸加速度时间=0.1s, 小型气动机械手的气缸 压强, 那么小型气动机械手的气缸力矩 2.小型气动机械手的气缸尺寸校核1小型气动机械手的气缸测定参与小型气动机械手的气缸手腕转动的部件的质量,分析小型气动机械手的气缸部件的质量分布情况，小型气动机械手的气缸质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么小型气动机械手的气缸转动惯量： 小型气动机械手的装夹工件的质量为5,小型气动机械手的装夹工件质量分布于长的棒料上，那么小型气动机械手的装夹工件转动惯量假设小型气动机械手的装夹工件中心与小型气动机械手转动轴线不重合，对于小型气动机械手装夹长的棒料来

42、说，小型气动机械手最大偏心距，其小型气动机械手转动惯量为: 2、小型气动机械手的手腕转动件和小型气动机械手装夹工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为M偏，考虑小型气动机械手的手腕转动件重心与小型气动机械手转动轴线重合，小型气动机械手夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线,那么 + 3、小型气动机械手手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，对于小型气动机械手滚动轴承，对于小型气动机械手滑动轴承=0.1， ，为小型气动机械手手腕转动轴的轴颈直径，, , ,为小型气动机械手轴颈处的支承反力，粗略估计, 4小型气动机械手回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的小型气动机械手摩擦小型气动机械手阻力矩M封，与选

43、用的小型气动机械手密衬装置的类型有关，应根据设计的具体情况加以分析。在小型气动机械手此处设计的估计为的3倍，3 小型气动机械手设计尺寸符合使用要求，平安。第五章 手臂伸缩，升降，回转气缸的尺寸设计与校核5.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计5.1.2 尺寸校核 1.小型气动机械手在校核尺寸时，只需校核小型气动机械手气缸内径=63mm,小型设计使用加工设计要求,设计小型气动机械手气缸使用压强, 那么小型气动机械手气缸驱动力： 小型气动机械手气缸测定手腕质量为50kg,设计小型气动机械手气缸加速度，那么小型气动机械手气缸惯性力 小型气动机械手气缸活塞等的摩擦力，设小型气动机械手气缸定摩擦系数, 小型气

44、动机械手气缸总受力 符合实际使用小型气动机械手气缸驱动力要求。小型气动机械手气缸气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止小型气动机械手手臂绕轴线转动，以保证小型气动机械手手指的正确方向，并使小型气动机械手活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加小型气动机械手手臂的刚性，在设计小型气动机械手手臂结构时，应该采用小型气动机械手导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在小型气动机械手的结构要求的设计和布局上应该尽量减少小型气动机械手运动部件的重量和减少小型气动机械手对回转中心的惯量。小型气动机械手 在本工程的设计中用小型气动机械手单导向杆来增加小型气动机械手手

45、臂的导向性。5.1.4 平衡装置 在本小型气动机械手设计中，为了使小型气动机械手手臂的两端能够尽量接近小型气动机械手重力矩平衡状态，减少小型气动机械手手抓一侧重力矩对性能的影响，故在小型气动机械手手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置。 手臂升降气缸的尺寸设计与校核5.2.1 尺寸设计小型气动机械手气缸运行长度设计为=118mm,小型气动机械手气缸内径为=110mm,小型气动机械手半径R=55mm,小型气动机械手气缸运行速度，小型气动机械手加速度时间=0.1s,小型气动机械手压强p=0.4MPa,小型气动机械手驱动力 5.2.2 尺寸校核1测定小型气动机械手手腕质量为80kg,那么小型气动机械手气缸重力

46、 设计小型气动机械手加速度，那么小型气动机械手气缸惯性力 考虑小型气动机械手气缸活塞等的摩擦力，设定小型气动机械手气缸一摩擦系数， 小型气动机械手气缸总受力 所以设计小型气动机械手气缸尺寸符合实际要求。5.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核 5.3.1 尺寸设计小型气动机械手气缸长度设计为,小型气动机械手气缸内径为,小型气动机械手气缸半径R=105mm,小型气动机械手气缸轴径小型气动机械手气缸小型气动机械手气缸半径,小型气动机械手气缸运行角速度=，小型气动机械手气缸加速度时间0.5s,小型气动机械手气缸压强, 小型气动机械手气缸力矩： 5.3.2 尺寸校核1测定参与小型气动机械手手臂转动的部件的

47、质量,分析小型气动机械手部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么小型气动机械手转动惯量： 考虑小型气动机械手轴承，小型气动机械手油封之间的摩擦力，设定小型气动机械手一摩擦系数, 小型气动机械手气缸总驱动力矩 设计尺寸满足使用要求。第六章 机械手的PLC控制设计可编程序控制器的选择及工作过程6.1.1 可编程序控制器的选择机械手的plc控制设计考虑到本小型气动机械手的输入输出点不多，工作流程小型气动机械手较简单，同时考虑到小型气动机械手制造本钱，因此在本次设计小型气动机械手中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器小型气动机械手plc控制设计。6.1.2 可编程序控制器

48、的工作过程小型气动机械手可编程序控制器是通过小型气动机械手plc执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了小型气动机械手plc循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为4个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处

49、理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。段CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入

50、信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。6.2 可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行:(1)系统设计即确定被控对象的动作及动作顺序。(2)I/0分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。(3)画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概

51、念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，那么画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，那么往往要经过下一步的助记符程序转换过程。(4)助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。(5)编制程序即检查程序中每条语法错误，假设有那么修改。这项工作在编程器上进行。(6)调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可

52、在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。(7)保存程序调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。6.3 机械手可编程序控制器控制方案6.3.1 系统简介控制对象为圆柱座标气动机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方向的伸、缩;竖直方向的上、下;绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装置 机械手，还可完成抓、放功能。以上各动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使机械手完成伸、缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动。这样，

53、可用PLC的8个输出端与电磁阀的8个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按一定序列鼓励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，那么出错指示灯亮。6.3.2 工业机械手的工作流程此机械手用于自动输送线的上下料。当按下机械手启动按钮之后，机械手有如下动作:先右转至右限位开关动作(1DT通电) 下降至下限位开关(5DT通电) 手腕逆时针转动90 (7DT通电) 手臂伸长至限位开关(3DT通电) 检查有无物品，假设有物品，手爪抓紧(9DT

54、通电) 手臂收缩至限位开关(4DT通电) 上升至上限位开关(6DT通电) 左转至左限位开关动作(2DT通电) 手腕顺时针转动900 (8DT通电) 手臂伸长至最长(3DT通电) 手爪松开(IODT通电) 延时 手臂收缩最短(4DT通电)。至此，一个工作循环完毕。6.3.3 机械手工作时序图如附图所示4, 1/0分配根据系统输入输出点的数目，选用OMRON C28P型PC，它有16个输入点，标号为0000-0015; 12个输出点，标号为0500-0511. 5、梯形图设计(如附图所示)根据机械手的逻辑时序图及1/0分配，画出控制梯形图，如附图所示。由梯形图可以看出:(1)手臂左转的条件:左转不

55、到位(0003为OFF)，手腕逆转到位(0009为ON)，收缩到位(0006为ON),手爪抓紧(0002为ON),上升到位(0007为ON)，无右转命令(0501为OFF).(2)手臂右转的条件:右转不到位(0004为OFF)，手腕顺转到位(0010为ON)，,上升到位(0007为ON)，手爪放松(0002为OFF),收缩到位(0006为ON)，无左转命令(0500为OFF).(3)手臂伸长的条件:伸长不到位(0005为OFF)，无收缩命令(0503为OFF)，并且满足以下条件之一: 1)左转到位(0003为ON)，手腕顺转到位(0010为ON)，上升到位(0007为ON)，手爪抓紧(0002为ON).2)右转到位(0004为ON)，手腕逆转到位(0009为ON)，下降到位(0008为ON)，手爪放松(0002为OFF);(4)手臂收缩的条件:无伸长命令(0502为OFF)，收缩不到位(0006为OFF)，并且满足以下条件之一:1)手爪抓紧(0002为ON)，上升到位(0007为ON)，左转到位(0003为ON)，手腕顺转到位(0010为ON).2)下降到位(0008为ON)，右转到位(0004为ON)，手腕逆转到位(0009为ON)，手爪抓紧(0002为ON); (5)手臂上升的条件:无下降命令(0505为OFF)，上升不到位(0007为OFF)，收缩到位(0