本科毕业论文-四自由度搬运机械手的设计

本毕文-自由搬机械的

编号：本毕业计题学专年姓

目：四自度搬运机械的设计院：机械程学院业：机械计制造及其动化级：12级名：指导教师完成日期2016月日

目录摘........................................................................1Abstract.................................................................言.....................................................................1.1械究背其1.2械研现发前1.3械种及用..........................41.4械究主容..........................5械手体案的计.....................................62.1机手功及术.................62.2机手整构2.3械主部其由2.3.1机械手主部件成2.3.2机械手自度..........................72.4机手动程其配2.4.1械动式其的定................................................................2.4.2机械手作程中时配置..82.3机手作中本的.....9械手传机构及行机的计3.1机手构块设计11

5.2.1PLC类型选........................255.2.2的定5.3程序编制..................................5.3.1编写程序5.3.2制作N-S流.......................285.3.3在序编中注的体宜.31结及望.......................................................6.1结........................................................6.2望........................................................参文..............................................................34致......................................................................35

四自由搬机械手设摘要机械手由于现代科高速发以及其在现工业、造业领域中高度应用而现,特别是械手工业、造业领域的用使得类从繁重的单调的、无义的脏、乱差的工环境中彻底放出来大大推动了类社会前进步。所以本论旨在设出一款既实成本又还能应用于般劳动作中的自由度搬运械手,具设计过采用的是在械设计域比先进模块化计方法，就对机械的机械结构控制和动系统、以各零部等分类分步进行设。本课所设计的这四自由搬运机械手应运于般的流作业线和个货仓的运等工作中,具有定的实意义和应用值。关键词

：

机械手四自由度；动驱动可编程控制1

fordegreemanipulatorAbstractRobotduetorapiddevelopmentscienceitsinmodernmanufacturingsectorintheheightapplication,especiallyinsectorhumanityfromtheheavy,monotonous,dirty,chaotic,poorworkingenvironmentgreatoneisbothlowcostcanbeappliedtolaborworkcarryingfourdegreesmanipulator,thedesignprocessamoreadvancedmodulardesigntheisthemanipulatormechanicaldriveasaspartsclassification,bystepdesign.ThisdesignedarobotthatcancarryfourdegreesofthefiringlineworktheapositivepracticalimportanceandKeydegreespneumaticactuators;programmablecontrol2

1言1.1机械手研究的背景其意义机械手当今世界的技革命展飞速变革必然产，它的出现志着现今的业、制造业平发展了前所未有水平阶。最初出现机械手是应用航空航天和洋勘探高端科技领，随着几十年来计机在科领域全应用，科技命的变也加速了科技术的勃发展。在背景下械手技也在飞速发，并且其应用领域不断地入、飞速地宽，特是近些来机械手在代制造领域更是得了非常泛的应用。于机械是通过先编写好的序来控其动作次序轨迹，以机械手可代替人去完成些单调的、复的、别是对于人来说毫意义的工作除此之机械手能够在恶劣环境中成那些人类想完成或不能完成工作，别是在些危险的工环境或是对精度要较高的作条件之下机械手比较人有得天独厚优势—机械手在某邻域能完全替代人，将人从脏、、差的工作境中解出来，这是类社会千年来的又次变革人类生方式的又一蜕变。别是近几十来工业制造业领域机械手广泛应下发生了伟的变革在此背景下个社会生产力水平产品生质量和产效率大大高，与同时在工业产中现工人的劳动度也大降低。机械手术虽然发展猛，但在市场上的械手大还处在高端用领域，价也相对昂贵不能满低成本、低次应用域的需求。以本课希望设出一种成本、应用次相对较低机械手填补这一领市场的白，这于工业、制业领域及人类社会发展都有及其重要意义和值。在械手技术领中，机手在模型设上，四由度机械手机械手品中的型设计模型在技术，四自由度械手技门槛相对较——四由度便设计和实现在应用面上，四自度机械对于一般的复性工条件完满足，在成上，四由度机械手满足一复杂动作的作条件便于实低成本，也说其性比相对较高所以本文以《四自度搬运3

械手》课题进行研旨在设出一个比较用的、本低的、具一定的际应用值的机械手1.2机械手的研究现状发展前机械手现代工业革变革、代工业水平度提高生的一种新术产品，从高应用层次说，机手是集机械计、计机程序控制多领域识和多设计方法于身的一新型自动化备，特是近年来互网、大据的出和应运机械已开始自动化向智化领域进。机械手然在近十年来出现，其发历史并算太长，机手最早源于美国，着又在国、日等工业发达得到了速发展，然我国近年来虽然工发展迅，可机械在工业领域应用才刚起步，机手设计技术水平同外仍有大差距特别实是在械手的端应用领域主要体在机械手的靠性和度指标面。近年来械手在工业制造业域的应用突猛进，对于工业文的进步产生“雪崩式效越来越的无人化工随着机手的发展如笋般涌现。随进入21纪以来，联网技飞速发展，业、制业领域正发着一场伟的变革，从国的“业互联网”德国的工业4.0”，到“中国制造2025，界工厂已经始由“人化工厂”“智能工厂”转变在此历史景下机械手正在从动化向智能的方向展。1.3机械手的种类及其用本课题究的机械手动作自度为4虽然其动作由度种大多类似，但是因在工业、制业领域用条件和具工作要的差异，所机械手外观形、结构、功以及其体动作次序形式千万别，不过了方便械手的计，机械手照其的系统的组成致可以为：①动力动系统②传动行机构、③制系统大类。按照械手的动动力源又以细分：①气动动型机械手②液压动型机械手按照机手的应用环又可以分为:通用型械手、②专型机械。按照机械的运动迹又可以细为：①位控制型机手、②续式控制型械手。械手种类繁其应用4

域和应场合颇多,别是在业、制领域，机械正在逐取代人力成工业生产必不可少的备。1.4机械手研究的主要容本课题究的是四自度搬运械手，此类的机械大多为应用工业、制造业域的机械手一般执一些单调的重复性工作，所以设计层上来说在控制方面设计比容易实现，论文关四自由度搬机械手设计方采用的是机设计领比较前瞻的块化设方法，模块设计的作主要应运在机械控制系的设计工作，通过程序和子程的单独程和有调用大大简了机械控制系统设的难度[此外针对机械的驱动系统、动及执行机、数控统以及各零件等分、分步进行计，使设计工简化且有序行。机械手计的总体工内容如：⑴机械的总体方案设计。⑵机械的传动机构及执行构设计。⑶机械的驱动系统计。⑷机械的控制系统计。5

2械手总体方案的设2.1机械手的功能以及术要求机械手通过模仿人臂的功实现各种复的动作序和轨迹来成各种具体工作和实现定的功，特别是在成一些较复杂的运形式和一些比危险或有限空间内作。本课题究的四由度固定式用机械，主要应于一般的流作业线一些重量较的个体仓搬运等工中，因可实现部分人手的能，所在现实应运具有一的实际意义较大的运价值因为机手大多应运一般的水作业线，以对其体动作路劲动作次序、间的精度和差有较的要求，我要求机手在实现其本功能过程中够做到平稳、迅速、准确的搬物体，证整条流水工作的序运行完成预先设各种工要求。2.2机械手的整体结构计在对机手进行结构设计时不仅要满足论上对动作具体过的要求，还同机械手的体工作境、工作空的要求限制相匹配所以在械手的计过程中必严格遵如下基本原：①要予机械手的作范围有尽可大的活动空，并且设计的机械应能完多种运动形以满足同的工要求。②在行机械的结构设计，要根具体的工作境和要通过模人的手臂功，然后满足工作要的运动式下来设计械手的体结构机械手的姿以及运方式。③机手结构设计并不是淡的做其性能最佳，还要时考虑的经济性，力求以简单的结构最轻的身重量最低的成本满足具的工作性能求，如械手的行程围、最负载能和运动的平性、准性等。6

2.3机械手的主要部件其自由机械手的要部件成本论文研究的四自度搬运械手，主要用来模人手的功能所以其结构件也类似人臂的组，从整体上说包括械手部、机臂、和座三大分。可是机手毕竟人手有很大不同，还需要有动驱动的分、控的部分和执的部分所以机械手主要部包括：①电机、②压泵、气压缸、④座、⑤柱、⑥大臂⑦小臂⑧机械夹手等。机械手的由度机械手对于人的手功能模相当成功的品，基上可以实现手的一些基的动作形式不过区在于机械手需要做像人手那样活自如在具体际工作的应中进行一定的简化理，具结构设计这看机械实际的作环境、要以及成等问题，也是尽可以最少的自度实现际的工要求。人的臂堪称世界上最完的机器因为它共有6个自由度能过完任何复杂的作过程任何方式的动，所在各种仿生井喷的天，对械手的研究有极其要的意义和值。本题研究的四由搬运械手主用于一般的水作业和搬用个别量较轻体的搬运，了满足体的工要求本课题设计的械手应该具：上升下降、水平动、回和机械夹持手部的缩等运形式，针对标工作求及机械手动作形的研究本课题设计机械手4个自由度根据本题设计的机手的具运动形式，们可以机械手的四自由度大致为：①方向制、②作执行两个面。其在方向控制面包含水平回和水平移动个自由度在工作行方面包括小臂的降和机械手手部的放2自由度。此，以上自由在实际作中可进行序组合从而完成些复杂的动形式和求。7

2.4机械手的动作过程其时间置机械手动形式及顺序的确定本课题究的机械手要用于一般的流水业线上重量较轻的体货物搬运作中执行一简单且复性的动作所以机手的整体动形式具可以切为如下几个互独立动作形式：⑴水平转机械手大臂随着立可以实水平回转240，然后在配上大臂水平移动以使机械手达以底为圆心以大为半径半圆范围内任意一点。②轴向动机械手臂可以随着械手大通过气压缸收缩实小臂的轴向动300mm，大扩大了机械的移动程和动作范。③竖直降机械手臂在立柱上过气压的伸缩可以到320mm的升降行程这个行程可有效避开工过程中大多障碍物大大提了机械手的用范围④机械手部的旋转机械手部可水平旋

便于调夹取器件的度。⑤机械的夹放通过气缸控制机械夹放力，证物体在搬不会意掉落通过准确控机械手的夹时间，证物体在搬过程的序进行。以上机手的各部件作形式工作过程相独立，过PLC可编程控器的有控制，实现部件之的动作相互合且有进行，从而成具体工作要。机械手动过程中时间配置本课题研究的机械主要是于一般的流作业线一些器件的运，其基本作轨迹大多是类似，只不过是具体动形式和时间置上有8

数上的别，所以本题研究机械手的新之处就于充分解决这一问，本论文的控制系统用的是PLC可编程制器，可以现随工环境和任务的不，把机械手每一个体动作形式动作时根据具体工情况参化，如设计出的机手可适于任何工作境和完任何工作任，大大高的机手的通用性2.3机械手动作过程中本参数确定机械手设计包括结设计、能设计以及种驱动动力系统的计，不过这设计首先要在机械动作过程中基本参确定的基础，然后展开后的设计工作机械手作过程中的本参数下表示：表械动程的参伸缩回转

伸缩行程伸缩速度回范回速

升降手指夹放

升降行程升降速度夹放范围转动速度机械手最大工作半机械手臂的最大中高度机械手抓取重量9

10

3械手的传动机构以执行机构的计3.1机械手机构的模块设计模块化设计思想就将一个统和机构组复杂的械产品在设时划分为若个彼此相互立的单体，对每个元体单设计，这样以大大低机械品的设计难。在设时各个单元之间要开自行设计但是过中必须保证的一点对于各模块、各个元体的计一定要实标准化这样既以使设计过标准化低设计难度成本，可以便于产最后的块组合同时还有利提高各块在设计过中的可整性以及各类单元之间的换性。模块设计思是机械设计域比较瞻的设计思，它的现是为适应新形势产品设的快节奏、样化、品越来越复的新要。一个优的机构设计须实现机构中各单体的功独立和物理构独立有机结，这样不仅设计时复杂的机械构简单大大降低了计难度而且有于后期对机产品的修和更新换。机械手结模块划所遵循的原在模块的设计思想需要将品划分为若个彼此相互独立的元体，对模块的划分般遵循下基本原则⑴模块的划分不是多越好在减少模块身复杂度的同时，应尽量减少块总数，这有利于低设计时的作量和计后期的模组合复度。⑵模块的划分越多么其组方案也就越杂，所我们力求用少的模块数实现最多的块组合⑶模块划分要考虑对成本影响，我们力求实其成本和成的统一，对我们所设计的产品做到性能和济性的优化。⑷模块划分必须保各模块能和机构的立以及者有机结合⑸模块划分必然会其产品质量（精度刚度等产生一定的响，11

所以我在划分过程应充分虑这一影响机械手模化设计一般方法对于一机械产品来，机构功能的关系相互依的，而相对机构之间的系，功能之的关系加重要。在品的整系统中，各功能之存在着行和上下两关系。谓上下级关我们又之为前后级系，它指在系中的某个功会因另个功能的出而出现其中，最先现的功我们称为上位功能而被引的功能我们之为下功能。由此见它们间的关是相对的，二者出的先后次序改变。并行关系则指虽然个功能是因某一功的出现出现，但不的一点此时出现2个功，这时的关则为并行关。3.2机械手的组成及其块化本课题究的是四自度搬运械手，这种械手主用于一般的水作业线和些重量较轻货物搬，为了降低械手的计难度我们机械手其功能模块化的方分成若个基本的独功能分进行设计，后对各相互独的功能模块要求进组合，从而以设计不同规格、同功能列的产[。当产品需维修或更新代时可以通对产品的部功能模进行改进重新设计，样可以得设计成本后期维成本大大降，同时大大缩了产品的设周期。过对机构零件标准和功能模块的有机一，充实现产品的变性和列化，满足同的工要求，大大高机械的通用。3.3机械手基本结构构及其设流程机械手的本结构本课题计的四自由搬运机手要求具有地面积小而活动范相对较大的点，同时还求有较的平稳性和度。所对于机械手结构的计应尽简单，这样以减少作的误差叠，同时应该尽量提产品的12

用性和低成本[5]

。机械的基本结构计如图示。图3-1机械的整结图机械手的体设计程由于本题研究的机手主要于器件的搬，所以有首先确定机械手搬用件的有效重,之后能确相关的、力矩等技参数，后才能进行整个构及其各个块的设，最后才能模块进组合以及结的调整修改，现对产品的计和完。所以关于械手的计必须遵循定的设流程这便于实设计过程的准化并大简流程有于成本降低。机械手的体的设计流图如图3-2所示。3.4机械手执行机构的计机械手作业时，与成具体作直接相关机构称执行机构，行机构设计合理与否直影响机手工作性能好坏以机械手的整成本，以执行构设计的质对于整机械手的性有着至重要的影响基本上械手的个设计工作是以执机构为中心,先根据目的能来进执行机构的设，然后再通执行机设计驱动系和控制统，最后整设计工完成6]。13

确定抓重手部设计手臂设计底座及它零部件设将模块行组合装配图3-2机械手设程机械手手的结构计本课题究的机械手要用于水线上器件搬用，机械手手部结构是与实工作物体直接触的终执行机构所以机手手部结构确定应实际工中所搬用物的类型适应。我们次设计机械手要求具有一的通用、低成本、便于控，所以最终用气动制型机械手并且采夹持式构以便满足通用型要求[机械手手部具体结如3-3所示。14

图3-3机械手部简机械手手结构（持爪）的计夹持气的选择要根气爪的体工作环境定，包夹持气爪所运货物的重、尺寸以及爪的工行程和空间围等，课题所研究机械手工作时运的标准器其具体数为：

,,持点距轴中心的大力臂为

,由此计算并定夹气爪的格。夹持气对器件加持的计算下：(3-4)其中：表示安系数（一般取值；表示工系数（一般况下受件惯性力的响较大，表示器的加速度，表示器的重力速度)表示位系数；表示器的重量；计算过中分别取，，

；则由得：所以夹力矩（根据小的夹力计算）为根据上计算结果，取

气爪其主要能参数为：①手抓合时间为位精度。

；②气的夹持力矩

；③机手部的重复15

3.5机械手手臂结构的计本课题究的机械手手臂的构组成包括大臂（平臂）和小（垂直臂）部分，大臂来实现平的回转然再配合臂在大臂上伸缩移实现水面内位置的覆盖，臂部分利用动系统现垂直的升，这样械手便在一定的立空间内意移动，实货物的确定位和搬。此外对于机臂的设计还该遵循2基本原则：机械臂工作过程中具备一定的运精度和定位度，所在设计时要证各机臂必须有一的刚度⑵涉及对于机械手品成本题以及具体际工作要求，应保手臂的构尽量单、重量尽轻，以到节约材料减少机手的运动惯使其动灵活的的。机械手臂是保证机手爪部照指定路线动的重运动部件，械手四自由就是由手臂结构来证的，因此们对于械手手部运轨迹和位精度要求都要通手臂来证，所对于臂我们如下要求：要求手的重量可能轻，这可以大降低手臂运时的惯冲击、使动更加灵，同时还以大大节约料。②求机械臂必具有一的刚度，因这样可大大提机械手运动精度和位的精度[。⑴竖直降模块的设竖直臂实现机械手下升降模块，它的力驱动到的是气压，竖直臂由定位不可靠在运行程中受工作程、工压力等因素响较大所以为保证气缸在行过程中的稳定性故而选双联气缸。当活塞克服载荷收做工时根据机械臂选的工压力以及工载荷，确定气的内径为：）其中：为气压的内径为气压塞的载荷

；；为气压受到的压力

；16

为气缸的机械效率一般取考虑到缸中活塞杆直径以具体工况：

根据竖臂收缩气缸具体工要求以及工过程中具体数据参：伸缩时间内径

,程气缸中活塞工作载：

可得气缸的⑵水平缩模块的设由于水臂只在平面运动而只有一端定，所以了保证水平的刚性，我采用水平钢和气压组合使用的法，所气缸只需要用笔形缸即可根据水平臂缩气缸具体工作要以及工过程中的具数据参：伸缩时的内径D

,行程，缸中活的工作载荷：

可得气缸根据上计算结果，取精度为。3.6机械手底座结构的计

气缸，平安装重复位的本课题究的机械手于对其本和应运场的考虑故决定设计固定式机械，这就要求的底座用固定式，此不仅利于降低成，对于17

械手整刚性的提高非常重。此外，固式机械对底座的结要求较，只需其足机械手的位要求可。机械手座的机设计如附件座图。18

19

4械手的驱动系统的计本课题究的机械手驱动系共分为电力动和气驱动2种驱动系统，但一般况下对这种驱系统的作同性的要，所以一般为电气动系统来合设计。驱系统的计就是指对驱动系动力源的选以及对驱动系传动机构的计，此还包括对于动元件选型和设计核。4.1气动驱动系统的设本课题设计的气动动系统本上用于机手动作各个环节，机械手大臂摆动到小臂伸缩进再到小臂的升下降以及机械手部的夹和松放用到了气动动，故课题关于四由度搬机械手的设核心在一整套动驱动方案设计，动原理图的计如附气动驱动原图本课题计的机械手气动驱系统用到气泵、过调压器（消脉动、吸收水、冷却电磁换阀、气压回、笔形缸、双联气、旋转缸还有气爪各类元器件当机械工作时,动驱动系统的各执元件将会按预先设好的程序有工作,体工作理为：通先式电磁换向接受由可编控制器PLC控制的短脉冲信号，控各气压前进退动作同时我们再利串联在电磁向阀进口位置的单节流阀控制其开口小，从实现对压回路中压气流速的控制，如实现气系统中气压件的有工作[4.2气动元件的选择气压泵的择气压泵气压回路中供动力（压缩空气）的气元件，气压的选择，首是对气压泵类型的定，这要看压回路气压的特性求而定紧接着是气对压泵体型号确定，这就通过计出气压回路气压缸耗气量和以及所需气体压来确定气压的吸入量和输出气，如此20

便可最确定出气压的具体号。为了方计算我们一忽略气管道内的容、气缸直径、行程、换向阀到缸管道的容以及气的动作时间因素这都直接影响缸的换量，所以在单位时间内气内空气气量的计过程如：式中：表示在单位时间气缸压气体的消耗()；Q表示无塞杆气缸进时压气体的耗量（)1表示有塞杆端气缸气时压气体的消耗（)；为气缸部的直径（为气缸活塞杆的直（；分别表气缸内活塞往返程间（表示气内活塞的行（；水平臂缸内的压缩气耗气计算过程如：时间，行程，缸径，由公式4-1可得：21

竖直臂缸内的压缩气耗气计算过程如[10]

：时间，行程，缸径，由公式4-1可得：为：

综合以计算,课题最决定选用的压泵为海日豹，其体性能数。气动系统各控制辅助件的选气动系的工作原理的来说先是由气泵提供气,然后再经过各种控制阀气动回路、行气动等的设计使完成既的工作要求任务。动控制是整个气动路有序行的关键，气动系中通过气压压缩空来推动气压缸等执元件工，而各执行件的动顺序和速度需要气回路中各类控制阀过控制缩空气的方和流量实现。气动制阀的部工作理与实际功与液压制阀非常的似，只在结构和外设计上些差异按照不同的用需求分为以下几[11]⑴方向制阀的选择

。方向控阀主要是在压回路控制执行元（气缸的启动、停和方向的控类元件，它工作原是通过改变缩气体通断和方向控制气回路中执行元件完预定的作要求。方控制阀类繁多，具分类如：根据控阀内空气流方向的同我们可以其分为①单向型控阀；②双向的控制阀。根据控阀控制方式不同我可以将其分：①人控制阀；②械换向阀；气压控制换阀；④磁控制换向。根据控换向阀内阀有几个换工作的位定义为位阀，根据制阀内换气口的数量定为几通。由于本题研究的机手要满自动控制的求以及缸工作时的体要求最终择先导性2位通电磁换向。⑵流量制阀的选择在机械的工作过程要保证个动作过程有序运就需要对机手的22

各个动元件的速度行有效控制，这些需要通流量控制阀实现。量控制的工作原理要是通改变流过流控制阀气流流通截积来达对流量制的目的，类流量制阀总的来大同小，其大体上分为3：①节流；②单向节阀；③气节流阀。于本课所用到的气需要实双向工，所以需要个单向节流合实现。⑶压力制阀的选择压力控阀顾名思义是用来制回路中气压力大的，基本上气压回路中用气压元件根据压控制阀的功可以分：①减压阀②顺序；③溢流（安全阀本课题所选的是溢阀，它主要于气压的出口处，作为气回路的压力护装置23

24

5械手的控制系统设本课题究的机械手其主要于一般流水产线上,对自动化控制性要求高,故我们设计控制系采用PLC为其控制元、气系统作为其执行元，这样的制系统仅简单易于现，而可靠性和稳性较好其各方性能大大优一般的电器控制系。5.1PLC控制系的设计步骤在PLC控制系的运行的过中我们根据具体的作要求行程序设计通过程的运行来实它控制功能，以关于编成控制器PLC的控系统的计其主要任在于对运行程序的计，其体的设计步如下：⑴根据自由度搬运械手的行规律及其体的工要求对可编控制器的控系统所制的动作形和动作序进行设计⑵确定分配可编成制器PLC的控制系的输出及输入设备简单来说就是于能够实现制功能PLC信号们要确其输入口和出口的配和布置⑶根据需实现的具动作形和动作顺序行程序设计，并画相应梯形图⑷通过算机依照我所设计梯形图对PLC进行编程。⑸运行调试程序。5.2PLC类型的择及I/O点的确定PLC型的选不同的PLC产品由于性能与格的各不相,所以按其结形式、能差异的不分为如下几：⑴根据品功差异的同，将PLC分为档、档和低。⑵按照编成控制器输入和出点其据结构形式异，我可以将25

可编成制器PLC成整体和模块两种类型。①整体PLC：顾思义就将包括电源I/O口、在内的种可编程控器所用到的件都集装到一起，其成为个整体式的构。这的PLC满足体小、构紧凑成本低等特，因此般在小型结构中多采用类PLC。外因其在本单内也接部分扩展单因而也有部分扩展功，可是相比模块式PLC仍然有一定限性②模块PLC：模式PLC是机械自动化术针高发展,尤其在控制域正在固定程序控向多变可调的由具工作任主导的可编控制，别是近来模块化设思想在序编程领域应运，过模块化的想实现程序和程序的组合调用大降低了程序写和修的复杂程度可编程制器在背景下应运生并得了迅猛的发，其具工作原理是可编程制器的PLC各组成部分分别做彼此相互独的子模，包括：电模块、I/O口模块

模块和它各种功能块这样的PLC于其框架结明显，所以组装配方便、于功能扩展和PLC的日常维修，因此了降低计得难度和作的复杂程一般在中型的可编控制器大多采用此结构。此外，编程控制器结构设还可以采用体式和块式结合使的方式，这既可以利用体式结的集成优点又可以分利用模块结构的能组合力，如此一便可充利用其各自优点，做到灵活配各种功、具有一程度的扩展的前提还能把体积的尽量，同时还可显著降设计制的成本，实产品的优化。不过，据本论文所究的四由度搬运机手的特最终决定选模块式

的PLC

结

构，

具

体

型

号

为

德

国

西

门

子入＼输口为要求而还便于功能扩展。

型，因该型ＰＬＣ模拟数块运算，输不仅完全足本论文所究的机手的控制26

PLCI/O点确定PLC制系统要PLC控制信号接输入备和输出设，合理分输入\出点，具体置如下5-15-2所：表5-1PLC输的配输入点

I0I1I2I3I4I5I6I7

计数器初始状态

常开

常闭

常开

常开

常开

常开

常开

常开

常开按钮符号

SB1SB2SQ1竖直气缸

SQ2竖直气缸

SQ3水平气缸

SQ4水平气缸

SQ5旋转气缸

SQ6旋转气缸

CD1接受功能说明

启动

停止

上行接近到指

下行接近到指

伸出接近到指

收缩接近到指

反转接近到指

正转接近到指

旋转编码器信定的位置

定的位置

定的位置

定的位置

定的位置

定的位置

号输出点

表5-2PLC输分情Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7

脉冲初始状态

常开

常开

常开

常开

常开

常开

常开

常开

常开按钮符号

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7YV8DI1功能说明

旋转气缸反转

旋转气缸正转

水平气缸伸出

水平气缸收缩

竖直气缸上行

竖直气缸下行

手抓抓紧

手抓松开

控制步进电机27

接近开关

接近开关

接近开关

接近开关

接近开关

接近开关

运行5.3PLC程序的制编写PLC序在PLC程序编写程中最用到的编程法是梯图法，此外有语句表法和能块图法，为梯形一般都是由一定动次序连接而的继电以及只有常开、常2种触点，故而同气控制统当的电路特别似，所以梯图法相对于句表法功能块图法有直观懂、编写过简单的点。梯图的具体编过程包3步：⑴根据行机构所要成的任以及具体的作形式次序设计出应的梯形图⑵根据计出的梯形进行相的编程，所写出的序要满足梯图的各指令求。⑶把预编写好的程写入可程控制器PLC动态存储器ＡＭ中然后再对序进行运行调试[。制作流程图N-S程图在观上就相当一个程，它用一些定的图、流线、以及简要说明文字来观、清、明确地表程序的行过程，如一来大简化了们在编写程时对程运行过程思的复杂，此外，由本课题计的机手采用的是块化的计方法，因更适合N-S程图进设计。本课题究的机械手PLC程序满足械手的动和单步两工作方：自动就在按下启动后，机手从原点出在执行物体进行搬的整个程后，着回到原点动进行一次，直到下停止后停止工作单步就通过各功能按键对械手的升、下降、转、反、夹紧、放等具体作进行独的控制，现点动作。具体N-S程图的计如下⑴设计程序N-S控制原图如图所示：28

操

旋气伸气

旋气收气

大小PL

升气夹气

升气夹气

小气

机械检信图5-1主程控理⑵设计动控制N-S程图自动运就是在按下动键后机械手从原出发在行对物体进搬运的整个程后，接着到原点动进行下一，直到下停止键后止工作把机械动作过程中启动、成一个完整工作循之后再返回原点以停机等个彼此间相独立的作过程分成干个模进行分单元计，具N-S如图所示：29

开机

机小沿伸指气松,下气夹是小上上到小沿收到

大顺旋到小沿前到小下下降到气松,小上到机手图5-2自动控程在PLC控制统的计过程，我们通过一个完的动作过程解成若干个彼间相互独立动作模，然后在分对各个立模块进行N-S流程30

设计，样不仅可以象、直、清晰的表程序复的运行过程而且方程序设者在设计过中对程的分析与设以及后对程序的调与修改如此，会大大的发N-S在模块的设方法中独特优势。PLC程序编中需要意的具体事⑴定时在同一程序中绝对能重复使用否则会致定时器使混乱、程序运出错。⑵在程的编写过程应尽量用子程序编，这样以大大发挥模块化的设优点，此外为了方程序的检查修改，在主要程序中添加释。⑶在优机械手运行度时，同时考虑动过程中需要的时间产生的惯性击以及震动值，使机械手的综指数达最优值。31

6结及展望6.1总结通过此关于《四自度搬运械手》这个题的研，我对机械领域有了不于以往的、新的认，同时也打了我对械手领域一以来的秘之感在此次课题研究过中，随着对械手相知识学习的断深入机械手那层神秘面也逐渐揭开。人