气动机械手的设计及其控制

1 绪论

1．1机械手概述

工业机器人由操作机 (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生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.

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。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

1.2机械手的组成和分类

1.2.1机械手的组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。

各系统相互之间的关系如方框图2-1所示。

图1-1 机械手的组成方框图

(一)执行机构

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1、手部

即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指 (或手爪) 和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，

制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。

手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位 (是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的；手指有外夹式和内撑式；指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。

对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。

对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。

用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式.

2、手腕

是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。3、手臂

手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。

工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件 (如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源 (如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。

手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。

导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。

4、立柱

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。机械丰的立往通常为固定不动的，但机械手的立柱是支承手臂的部件，因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

5、行走机构

当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6、机座

机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。

(二)驱动系统

驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置。通常由动力源、控

制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。

控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

(四)位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.

1.2.2机械手的分类

工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。

(一)按用途分

机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:

1、专用机械手

它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手。

2、通用机械手

它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系

统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。

(二)按驱动方式分

1、液压传动机械手

是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。

2、气压传动机械手

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:介质来源极为方便，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。

3、机械传动机械手

即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。

4、电力传动机械手

即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构

运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。

(三)按控制方式分

1、点位控制

它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。

2、连续轨迹控制

它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。

1.3 国内外发展状况

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:

(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。

(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。

(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高

了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行

全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。

我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

1.4课题的提出及主要任务

1.4.1课题的提出

随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。

现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:

(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等): 液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。

(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动

特性变化。

(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。

(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。

鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点: (1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器；介质清洁，管道不易堵塞不存在介质变质及补充的问题。

（2)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(一般仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。

(3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。

(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。

(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。

(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。

传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难 (尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压

力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。

1.4.2课题的主要任务

本课题将要完成的主要任务如下:

(1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面必须更广。

(2)选取机械手的座标型式和自由度。

(3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，既可以用夹持式手指来抓取棒料工件，又可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。

(4)气压传动系统的设计

本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。

(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)机械手的控制系统的设计

本机械手拟采用可编程序控制器 (PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。

2 机械手的设计方案

对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。

本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。

2.1 机械手的座标型式与自由度

按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。

所示为机械手的手指、手腕、手臂的运动示意图。

图2-1 机械手的运动示意图

2.2 机械手的手部结构方案设计

为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。2.3 机械手的手腕结构方案设计

考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。

2.4 机械手的手臂结构方案设计

按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。

2.5 机械手的驱动方案设计

由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。

2.6 机械手的控制方案设计

考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。

2.7机械手的主要参数

1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。在本设计中该机械手主参数定为5公斤，高速动作时抓重为2公斤。使用吸盘式手部时可吸附2公斤的重物。

2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。

该机械手最大移动速度设计为12cm/s，最大回转速度设计为50°/s。平均移动速度为l0cm/s，平均回转速度为40°/s。

机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为250mm,手臂安装前后可调50mm，由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。手臂升降行程定为400mm。定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为土0. 5± 1mm。旋转角度为180°。2．8 机械手装配

2．8．1 手部结构设计

设计针对的是工件是棒料时，使用夹持式手部。夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等，本设计选择齿轮齿条式。

设计时考虑的几个问题：

(一)具有足够的握力 (即夹紧力)

在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。

(二)手指间应具有一定的开闭角

两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。

(三)保证工件准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。

(四)具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。

(五)考虑被抓取对象的要求

根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V 型，其结构如图所示。 本课题气动机械手的手部结构如图2-2所示，其工件平均重量G=2公斤，V 形手指的角度2θ=120°，b=50mm ， R=10mm,摩擦系数为f=0. 10。

其中：N = 0.5G*10*tg(θ±5°) ≈ 0.5*20*tg60°=17.3N

夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为P = R b

2N = 173 N 。

图2-2 齿轮齿条式手部

2．8．2 手部结构设计

手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。

由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕x 轴转动回转运动才可满足工作的要求。

目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油(气)缸，因此我们选

用回转气缸。它的结构紧凑，但回转角度小于360°，并且要求严格的密封。手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支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转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩。图2-3所示为手腕受力的示意图。

1.工件

2.手部

3.手腕

图2-3 手碗回转时受力状态

手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算:

M驱 =M惯+ M偏+ M摩+ M封

式中:M驱—驱动手腕转动的驱动力矩(Kg *cm)；

M惯—惯性力矩(Kg *cm)；

M偏—参与转动的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回转缸的动片)对转动轴线所产生的偏重力矩(Kg *cm)；

M 摩 — 手腕转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩(Kg *cm)；

M 封— 手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩(Kg *cm)。

2．8．3 回转气缸的驱动力矩计算

在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的工作原理如图2-4所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片3及密封圈4把气腔分隔成两个.当压缩气体从孔a 进入时，推动输出轴作逆时针方向回转，则低压腔的气从b 孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶片回转气缸的压力p 和驱动力矩M 的关系为: P =

)(222r R b M

图2-4 回转气缸简图

式中:M - 回转气缸的驱动力矩(N*cm)；

P - 回转气缸的工作压力(N*cm)；

R - 缸体内壁半径 (cm);

R - 输出轴半径 (cm);

b - 动片宽度 (cm).

上述驱动力矩和压力的关系式是对于低压腔背压为零的情况下而言的。若低压腔有一定的背压，则上式中的P应代以工作压力P1与背压P2之差。2．8．4 手臂结构设计

按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降 (或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。2．8．4．1结构设计

手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是气压驱动的活塞气缸。由于活塞气缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。

同时，气压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。

该机械手的手臂结构如附图所示，现将其工作过程描述如下:

手臂主要由双作用式气缸1、导向杆2、定位拉杆3和两个可调定位块4等组成。双作用式气缸1的缸体固定，当压缩空气分别从进出气孔c, e进入双作用式气缸1的两腔时，空心活塞套杆6带动手腕回转缸5和手部一同往复

移动。在空心活塞套杆6中通有三根伸缩气管，其中两根把压缩空气通往手腕回转气缸5，一根把压缩空气通往手部的夹紧气缸。在双作用式气缸1缸体上方装置着导向杆2，用它防止活塞套杆6在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确的方向运动。为了保证手嘴伸缩的快速运动。在双作用式气缸1的两个接气管口c, e出分别串联了快速排气阀.手臂伸缩运动的行程大小，通过调整两块可调定位块4的位置而达到。手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲器实现。手腕回转是由回转气缸5实现，并采用气缸端部节流缓冲，其结构见A-A剖面。

在附图中所示的接气管口a、b是接到手腕回转气缸的；d是接到手部夹紧气缸的。直线气缸1内的三根气管采用了伸缩气管结构，其特点是机械手外观清晰、整齐，并可避免气管的损伤，但加工工艺性较差。另外活塞套杆6做成筒状零件可增大活塞套杆的刚性，并能减少充气容积，提高气缸活塞套杆的运动速度。

2．8．4．2 导向装装置

气压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。

目前常采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆等，在本机械手中采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

2．8．4．3 手臂伸缩驱动力的计算

气动机械手 毕业设计

气动机械手毕业设计 气动机械手毕业设计 随着科技的不断进步，机器人技术在工业领域的应用越来越广泛。其中，气动 机械手作为一种重要的机器人类型，具有灵活、高效、精准的特点，被广泛应 用于生产线上的装配、搬运、喷涂等工作。本文将探讨气动机械手的设计与优化，以及其在工业生产中的应用前景。 一、气动机械手的设计与优化 1.1 气动机械手的结构与原理 气动机械手主要由气动执行器、传动机构、控制系统和机械结构等组成。其中，气动执行器是实现机械手运动的关键部件，常用的气动执行器包括气缸和气动 马达。传动机构通过传递气动能量，将气动执行器的运动传递给机械结构，实 现机械手的动作。 1.2 气动机械手的设计要点 在气动机械手的设计过程中，需要考虑以下几个要点： 首先，根据实际应用需求确定机械手的工作范围、负载能力和精度要求。不同 的应用场景对机械手的要求不同，因此需要根据具体情况来确定设计参数。 其次，选择合适的气动执行器和传动机构。气缸和气动马达具有不同的特点， 需要根据机械手的工作特点来选择适合的气动执行器。传动机构的设计也需要 考虑传递效率、运动平稳性等因素。 最后，进行机械结构的设计与优化。机械结构的设计要考虑刚度、稳定性、重 量等因素，通过优化设计，提高机械手的工作效率和精度。 二、气动机械手在工业生产中的应用前景

2.1 气动机械手的优势 相比于其他类型的机械手，气动机械手具有以下几个优势： 首先，气动机械手具有较高的工作速度和响应速度。由于气动执行器的特点， 气动机械手能够快速完成各种动作，提高生产效率。 其次，气动机械手具有较高的负载能力。气动执行器能够提供较大的推力和扭矩，适合于承载较重的物体。 最后，气动机械手具有较低的成本。相比于电动机械手，气动机械手的成本较低，适合于中小型企业的应用。 2.2 气动机械手的应用案例 气动机械手在工业生产中有着广泛的应用。以汽车制造业为例，气动机械手可 以用于汽车零部件的装配、焊接和喷涂等工作。在电子行业，气动机械手可以 用于电子产品的组装和测试。此外，在食品加工、医药制造等行业，气动机械 手也有着重要的应用。 2.3 气动机械手的发展趋势 随着工业自动化程度的不断提高，气动机械手的应用前景将越来越广阔。未来，气动机械手将更加智能化，通过传感器和控制系统的配合，实现更加精准的操作。同时，气动机械手的结构将更加轻量化，提高运动灵活性和效率。 总结起来，气动机械手作为一种重要的机器人类型，在工业生产中发挥着重要 的作用。通过合理的设计与优化，可以提高机械手的工作效率和精度。未来， 气动机械手的应用前景将更加广阔，为工业生产带来更多的便利和效益。

气动机械手毕业设计论文

气动机械手毕业设计论文 气动机械手毕业设计论文 引言 气动机械手是一种基于气动原理实现运动的机械手臂，具有结构简单、成本低、负载能力强等优点。在工业自动化领域，气动机械手的应用越来越广泛。本篇 论文旨在探讨气动机械手的设计和优化，以提高其性能和应用范围。 一、气动机械手的工作原理 气动机械手的工作原理基于气动原理，通过气压的控制来实现机械手臂的运动。气动机械手主要由气动缸、气控阀和传动机构组成。当气压作用于气动缸时， 气动缸会产生线性运动，从而带动机械手臂的运动。而气控阀则用于控制气压 的开关，从而控制机械手臂的动作。 二、气动机械手的设计要点 1. 结构设计 气动机械手的结构设计是保证其稳定性和负载能力的关键。设计者需要考虑机 械手臂的长度、材料强度、关节连接方式等因素。此外，还需要合理安排气动 缸和气控阀的位置，以确保机械手臂的运动路径和速度符合要求。 2. 控制系统设计 气动机械手的控制系统设计是实现精确控制的关键。设计者需要选择合适的气 控阀和传感器，并设计相应的控制电路。此外，还需要考虑气压的稳定性和控 制精度，以确保机械手臂的动作准确可靠。 3. 优化设计 为了提高气动机械手的性能和应用范围，设计者可以进行优化设计。例如，可

以采用多关节结构，增加机械手臂的自由度；可以采用高效的气控阀和传感器，提高机械手臂的控制精度；还可以采用轻量化材料，降低机械手臂的重量。 三、气动机械手的应用领域 气动机械手在工业自动化领域有着广泛的应用。它可以用于装配线上的零部件 组装，可以用于搬运重物，还可以用于危险环境下的作业。此外，气动机械手 还可以应用于医疗、食品加工等领域，为人们的生活提供便利。 四、气动机械手的发展趋势 随着科技的不断进步，气动机械手也在不断发展。未来，气动机械手有望实现 更高的负载能力和更高的控制精度。同时，随着机器学习和人工智能的发展， 气动机械手还可以实现自主学习和自主决策，从而更好地适应复杂的工作环境。结论 气动机械手作为一种基于气动原理的机械手臂，具有广泛的应用前景。通过合 理的结构设计和控制系统设计，可以提高气动机械手的性能和应用范围。未来，气动机械手还有望实现更高的负载能力和更高的控制精度，为工业自动化和人 们的生活带来更多便利。

气动机械手毕业设计

气动机械手毕业设计 气动机械手是一种基于气动元件和气动控制系统的自动化设备，主要用于工厂生产线上的物料搬运、装配和处理等工作。气动机械手具有结构简单、运动灵活、成本低廉、维护方便等优点，在工业领域得到了广泛应用。本文将从气动机械手的结构设计、气动系统设计和控制系统设计三个方面进行讨论。 首先是气动机械手的结构设计。气动机械手的结构设计要考虑到工作范围、负载能力、精度要求等因素。首先需要确定机械手的工作范围，即能够覆盖的空间范围，这决定了机械手的臂长和关节点的位置。然后需要根据工作负载的大小和要求确定机械手的负载能力，从而确定气缸和驱动装置的规格。最后还需要考虑机械手的运动精度，这需要合理选择传动装置和关节点的位置，以确保机械手能够准确地完成任务。 其次是气动系统设计。气动机械手的气动系统主要由气源、气压调节装置、气缸和气动阀组成。在气源方面，可以选择压缩空气作为动力源，需要考虑气源的稳定性和供应能力。气压调节装置用于调整气缸的工作压力，以满足不同的工作需求。气缸是气动机械手的执行机构，一般选择双作用气缸，通过气源的压力差来实现前后运动。气动阀则用于控制气缸的开闭和运动方向。 最后是控制系统设计。气动机械手的控制系统一般采用PLC或者单片机控制。在控制系统设计中，首先需要确定机械手的工作方式，可以是自动化连续工作，也可以是手动操作。然后需要确定机械手的控制模式，可以是位置控制、力控制或者速度控制，根据不同的工作需求选择合适的控制模式。同时还需要设计机械手的控制程序和界面，以实现对机械手的控制和监控。

综上所述，气动机械手的毕业设计主要包括结构设计、气动系统设计和控制系统设计三个方面。在设计过程中，需要综合考虑机械手的工作范围、负载能力、精度要求等因素，选择合适的气缸和传动装置，并设计相应的气动系统和控制系统，以实现机械手的自动化操作。

气动机械手控制系统设计分析

气动机械手控制系统设计分析 气动机械手是一种用气压作为动力源的机械手臂，主要应用于工业自动化制造中的装配、夹取等工作。气动机械手控制系统是机械手操作的重要组成部分，本文将从气动机械手控制系统设计分析的角度，对气动机械手控制系统相关问题进行分析。 一、气动机械手控制原理 气动机械手的控制原理是通过空气压力驱动气缸活塞，改变气缸活塞的位置从而实现机械手臂的运动。气动机械手控制系统一般由执行机构、感应元件、控制器、传感器等组成，其中最重要的部分就是控制器。 在气动机械手控制系统中，控制器是独立的微型计算机，其主要功能是根据操作者的设定来计算控制信号并形成控制指令，同时控制器还负责接收传感器的信号，控制气缸的开闭以及控制气压的大小等。控制器一般使用PLC（可编程逻辑控制器）或PC（个人计算机）等。 二、气动机械手控制系统设计 1、控制器选型 气动机械手控制系统设计的一个重要因素是选择控制器类型。可编程逻辑控制器（PLC）是主要的控制器类型之一，它是一 种基于电子技术的智能控制器，具有可编程性和可扩展性特点。PLC的应用是非常广泛的，它可以用于机器人、制造业、自

动化系统等领域。 另外，个人计算机（PC）也可以作为气动机械手控制器。相 比PLC，PC的可编程性更强，其控制功能也更加灵活。不过，PC在可靠性和实时性方面相对较弱，其控制系统需要通过编 写控制软件或使用现有的控制程序来实现。因此，在实际应用中需要根据具体的控制要求和性能要求来选择控制器类型。 2、传感器选型 在气动机械手控制系统中，传感器是非常重要的部分，它能够实现机械手运动的持续监测和位置检测。传感器的选型应该根据需求进行，有以下几种常用传感器： （1）接触式传感器：可以感知物体的接触情况，通常用于检 测机械手夹持物体的情况。 （2）光电传感器：可以感知物体的存在和位置，通常用于检 测工件的位置和方向。 （3）压力传感器：可以感知气压变化，通常用于检测气缸的 工作状态。 （4）编码器：可以检测机械手的位置和方向，通常用于机械 手的导航。 传感器选型的依据是根据其功能实现要求，以及可靠性、准确度和灵敏度等方面的考虑。

基于PLC控制的气动机械手研制共3篇

基于PLC控制的气动机械手研制共3 篇 基于PLC控制的气动机械手研制1 基于PLC控制的气动机械手研制 随着现代工业的不断发展，生产线的自动化程度越来越高，机器人逐渐替代人类在生产线上完成重复性操作。在机器人中，气动机械手由于具有结构简单、速度快、力矩大等特点，被广泛应用于装配、搬运、喷涂等多个领域。而基于PLC控制的气动机械手系统则是实现其自动化操作的重要手段。 本文旨在介绍基于PLC控制的气动机械手的研制过程和关键技术，以期为相关领域的从业人员提供有益的参考。 一、气动机械手的设计 1. 机械结构设计 气动机械手主要由基座、转台、专业操作台、张合臂、升降臂、旋转臂、夹持器等多个部件组成。机械结构的设计需要考虑机械臂的动态特性、稳定性、载荷能力等因素，保证机械臂能够快速准确地完成任务。 2. 接口设计

气动机械手与PLC的连接部分需要设计适当的接口，以便PLC 通过信号传递与机械手进行信息交互，从而实现控制。 3. 程序设计 根据气动机械手执行的任务及其工作过程的特点进行程序设计，使用PLC编程语言实现控制。 二、气动机械手控制系统的设计 1. PLC选择 PLC是气动机械手控制系统的核心。在选择PLC时需要考虑多 个因素，如工作条件、处理器速度、I/O容量、程序语言等。 2. PLC程序设计 PLC程序需要实现机械臂的自动化操作，包括气动元件的控制 信号发送、传感器数据的采集、运动控制算法的实现等。 3. 接口设计 PLC与气动机械手之间需要建立信号传输接口，以实现信息交互。接口设计需要考虑信号干扰、传输速度、数据格式等因素。 三、系统测试与优化

1. 环境配置 系统测试前需要对环境进行准备，确保系统能够在预期的条件下工作，如调整气压、排除干扰等。 2. 系统测试 系统测试主要包括硬件测试和软件测试，需要对PLC、传感器 等硬件设备进行测试，并确保程序逻辑正确。 3. 系统优化 在测试过程中发现问题后需要对系统进行优化，包括修改程序逻辑、优化控制算法、调整机械臂结构等，以保证系统的稳定性和可靠性。 四、应用展望 基于PLC控制的气动机械手系统在自动化装配、搬运、喷涂等领域有广泛的应用前景。由于其具有高速、高效、灵活的特点，在未来的生产线自动化中将起到越来越重要的作用。 总之，基于PLC控制的气动机械手是工业自动化技术的重要应用之一，其研究和应用将推动生产线自动化程度的进一步提高。同时，该技术也面临一系列挑战，如机械臂结构的优化、控制算法的改进等，需要在未来的研究中不断深入探索

气动机械手控制系统设计图示及仿真实现

气动机械手控制系统设计图示及仿真实现 从驱动方式来看，机械手有气压传动、液压传动、电气传动和机械传动几种方式。其中，被广泛应用的气压传动以压缩空气为介质，其平稳、可靠、迅速，且使用寿命长，因此常被作为首选。 一、软件设计 1、气动机械手手动流程图 依次执行的动作线路为摆动缸向左摆→水平气缸伸出→垂直气缸伸出→吸持工件→垂直气缸退回→水平气缸退回→摆动缸右摆→水平气缸伸出→垂直气缸伸出→放松工件→垂直气缸退回→水平气缸退回→原位的循环过程。 2、气动机械手总结构图 气动机械手的总结构图如下所示：

3、气动机械手程序结构图 梯形图的设计的总体思路为方式选择开关X10=1 时，执行手动操作方式，X10=1 时，执行自动操作程序，可利用程序控制指令CJ 来实现。

4、手动梯形图程序 用按钮单独操作实现位置的移动这个就是手动梯形图程序，调整安装机械手的时候需要手动进行。 5、自动梯形图程序 自动程序部分是由控制单周期、连续、和单步的程序组成的。 单周期、连续、单步这三种工作方式主要是用连续标志和转换允许标志来区分。单步与非单步的区分：系统工作在连续或者单周期工作方式时，X11、X12 触点实现，允许步与步之间的转换。 结合控制要求，我们绘制气动机械手自动控制的顺序功能图。如下。

①②

③④

二、仿真软件基本操作 本例中仿真实现采用Gx-Developer8 软件，Gx-Developer8 是一种较完整、用户界面较为友好的产品。Gx-Developer8为用户提供了程序录入、编辑和监视手段，是一款功能较强的基于电脑的PLC编程软件。软件对电脑的配置要求比较低，只要在该软件支持的操作系统Windows 2000或Windows XP等均能安装。 1、创建新文件 初始界面上点击“新文件”按钮，或点下拉菜单“文件”选“新文件”命令。之后选择PLC类型，然后点击确认。 ●PLC类型选择 ●进入编程工作界面

气动机械手的设计

气动机械手的设计 气动机械手是一种通过空气压缩来推动工作的机械手。它具有高效性、灵活性和经济性等特点，被广泛应用于工业生产中。在设计气动机械手时，需要考虑到机械手的结构、工作原理、控制系统和安全保护等方面。下面 将详细介绍气动机械手的设计。 首先，气动机械手的结构设计是设计的重点之一、机械手的结构应该 能够满足工作的要求，并且具有足够的稳定性和强度。通常，气动机械手 由底座、活动臂、末端执行器和控制系统等部分组成。底座是机械手的支 撑结构，应该能够提供足够的稳定性，并且能够旋转和移动。活动臂是机 械手的延伸部分，通常由多节连接的臂组成，可以实现多个自由度的运动。末端执行器是机械手的工作部分，通常用来夹取、举起和放置物体等操作。控制系统是机械手的大脑，负责控制机械手的运动和工作。 其次，气动机械手的工作原理非常重要。在设计气动机械手时，需要 确定它是通过何种方式来实现工作。一种常用的方法是利用空气压缩来推 动机械手的动作。这种方式具有操作简单、成本低廉和动力充足等优点， 但也存在着一定的缺点，如速度较慢、噪音较大等。另一种方法是利用气 体的膨胀和收缩来实现机械手的动作。这种方式通常使用气囊或者气缸来 完成，具有速度快、精度高和噪音小等优点，但也存在着限制压力和动力 不足等缺点。 此外，气动机械手的控制系统是设计的关键之一、控制系统负责控制 机械手的运动和工作，通常采用基于计算机的控制系统。这种控制系统能 够实现对机械手的精确控制，并且可以根据需要进行编程。在设计控制系 统时，需要考虑到参数调整、运动规划和故障检测等方面。另外，为了提

高控制系统的可靠性和安全性，还需要设计相应的安全保护措施，如急停按钮、限位开关和防护罩等。 最后，气动机械手的安全保护是设计的重要部分。由于气动机械手通常用于工业生产中，工作环境复杂，存在着一定的安全隐患。因此，在设计气动机械手时，需要考虑到安全保护的方面。首先，机械手的结构应该能够满足安全要求，并且能够防止意外事故的发生。其次，机械手的控制系统应该具有安全性能，能够及时检测故障并采取相应的措施。此外，还需要设计相应的安全保护设施，如紧急停止按钮、安全阀和安全门等，以保障操作人员的人身安全。 综上所述，气动机械手的设计涉及到结构设计、工作原理、控制系统和安全保护等方面。在设计过程中，需要充分考虑到工作的要求，并根据实际情况进行合理的设计。通过合理的设计和优化，能够提高气动机械手的工作效率和安全性，满足工业生产的需求。

气动机械手设计调研报告

气动机械手设计调研报告 气动机械手是利用空气压缩机产生气动力驱动的机械手。它的设计和应用在各个领域都具有重要意义。本调研报告将对气动机械手的设计和应用进行调研，并分析其优点和不足之处。 一、气动机械手的设计原理 气动机械手的设计原理基于空气压缩机产生的气动力。气压通过管道传输到机械手的气缸中，使活塞运动，从而驱动机械手实现抓取、搬运等动作。气动机械手具有结构简单、体积小、重量轻、成本低的优点，适用于需要快速、精确和连续运动的场合。 二、气动机械手的应用场景 气动机械手广泛应用于工业生产线、仓储物流、自动化仪器等领域。在工业生产线上，气动机械手可以承担物料的搬运和组装任务，提高生产效率和质量。在仓储物流领域，气动机械手可以实现货物的快速装卸和分拣，减少人力成本。在自动化仪器领域，气动机械手可以用于实验操作、样品处理等任务。 三、气动机械手的优点 1. 结构简单：气动机械手由气缸、活塞、连接杆等简单组件组成，易于制造和维护。 2. 快速响应：气动机械手响应速度快，可以实现高频率和高精度的动作。 3. 负载能力大：气动机械手可以通过增加气源的压力来增加负载能力，适用于重物搬运等任务。 4. 成本低：相比于电动机或液压机械手，气动机械手的成本较

低。 四、气动机械手的不足之处 1. 控制复杂：气动机械手的控制需要通过气源的压力和流量控制来实现，相对复杂。 2. 动力不稳定：由于气压在工作过程中会波动，气动机械手的力和速度也会有所波动，不够稳定。 3. 环境要求高：气动机械手的工作环境需要保持相对清洁和无尘，否则容易影响气缸的正常运动。 五、发展趋势和展望 随着自动化技术的进步和工业生产的需求增长，气动机械手将会有更广泛的应用。未来的气动机械手可能会在控制系统和驱动方式上有所创新，以提高其精度和稳定性。此外，利用智能传感器和人工智能技术，可以实现气动机械手的自主控制和智能操作，提高其效率和灵活性。 综上所述，气动机械手具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点，在工业生产线、仓储物流、自动化仪器等领域有广泛的应用前景。然而，气动机械手的控制复杂、动力不稳定和环境要求高等问题仍需解决。未来的发展趋势是通过创新的控制系统和驱动方式，实现气动机械手的精度、稳定性和智能化。

基于PLC的气动机械手控制系统设计

基于PLC的气动机械手控制系统设计 一、本文概述 随着工业自动化技术的飞速发展，气动机械手作为实现生产自动化、提高生产效率的重要工具，在各个领域得到了广泛应用。基于可编程逻辑控制器（PLC）的气动机械手控制系统，以其稳定可靠、易于编 程和维护的特性，成为当前研究的热点之一。本文旨在探讨基于PLC 的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统构成、硬件选择、软件编程以及调试与优化等方面，以期为我国工业自动化领域的发展提供参考和借鉴。 本文将简要介绍气动机械手及其控制系统的基本原理和特点，为后续的设计工作奠定理论基础。将详细阐述PLC在气动机械手控制系统中的应用优势，包括其可靠性、灵活性以及扩展性等方面的优势。在此基础上，本文将深入探讨基于PLC的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统架构的设计、硬件设备的选择、软件编程的实现以及系统调试与优化等方面。本文将总结基于PLC的气动机械手控制系统的设计要点和注意事项，为相关工程实践提供指导和借鉴。 通过本文的研究，旨在为我国工业自动化领域的发展提供新的思路和

方法，推动气动机械手控制系统的技术进步和应用推广。也期望本文的研究成果能对相关领域的学者和工程师产生一定的启示和借鉴作用，共同推动工业自动化技术的发展和创新。 二、气动机械手控制系统概述 气动机械手控制系统是以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，结合气动执行元件、传感器以及相应的控制逻辑，实现对机械手的精确控制。该系统结合了气动技术的快速响应和PLC的灵活编程特性，使得机械手的动作更加准确、迅速且易于调整。 PLC控制器：作为整个控制系统的核心，PLC负责接收和处理来自传感器的信号，根据预设的程序逻辑，控制气动执行元件的动作。PLC 具有高度的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂的工作环境。 气动执行元件：包括气缸、气阀和气压调节器等。气缸是实现机械手抓取、移动等动作的主要执行机构；气阀用于控制气缸的运动方向和速度；气压调节器则用于调节气缸的工作压力，以保证机械手的稳定性和精确性。 传感器：用于检测机械手的运动状态、位置以及抓取物体的信息。常见的传感器有位置传感器、压力传感器和接触传感器等。这些传感器

气动机械手控制系统设计机电控制综合设计

气动机械手控制系统设计机电控制综合设计 气动机械手是一种机电一体化的设备，它主要使用气压来实现机械手的运动控制。相对于传统的液压、电磁控制，气动机械手具有结构简单、体积小、控制精度高、快速响应等优点，因此被广泛应用于自动化生产线与加工制造现场。本文将从以下几个方面阐述气动机械手控制系统设计问题。 一、气动机械手的基本结构 气动机械手一般由气缸、气源、气路及控制系统等组成，其中气缸是机械手的主要执行机构，气源则提供气压能量，气路则通过调节阀门实现气体的流程控制。 在控制器方面，气动机械手控制系统一般由PLC、传感器以及执行机构组成，传感器用于对机械手运动的状态进行反馈，执行机构通过气控阀对气缸进行控制，而PLC则通过程序控制执行机构实现机械手的精确运动。 二、气动机械手控制系统的设计分析 2.1 控制系统的工作原理 气动机械手控制系统的设计中，主要需要考虑的是气路控制和电路控制，其中气路控制主要包括气源和气路的设计，而电路控制则主要包括PLC控制程序及传感器的选择及布置。 气路方面，可以根据气动机械手的运动需求，设计相应的气路

分配方案，通过不同的气路阀门控制气缸的运动。而控制电路方面，需要根据机械手的运行所需，选用合适的传感器进行布置，如接近开关、压力传感器等反馈信号，同时编写PLC控 制程序，实现机械手的运动动作。 2.2 气路系统设计 气路系统是气动机械手的核心，其设计应考虑到工作环境、机械手的运动需求和气压来源等因素。在设计气路时，需要选择合适的气缸、气路输配件和气控阀门等，同时根据实际仿真测试，匹配合适压力、流量和噪音水平等参数，以保证机械手对负载物件的运动符合要求。 2.3 传感器的选用及布置 传感器是气动机械手控制系统的另一重要组成部分，它能够实时监测气缸的运动状态，向PLC控制系统反馈运动状态信号。常见的气动机械手传感器一般有接近开关、压力传感器、位移传感器等，在选择传感器时应考虑信号响应速度、精度、灵敏度、可靠性等因素，并根据需要放置位置和连接方式。 2.4 PLC控制程序设计 PLC控制程序设计是气动机械手控制系统的核心，其设计应 考虑控制程序的稳定性、可靠性和灵活性等因素。在编写程序时，应根据气缸运动的实际需求，分别分析气路、反馈控制和安全保护等方面的因素，并采用合适的编程语言来编写程序代

通用上下料气动机械手结构设计

通用上下料气动机械手结构设计 1. 引言 气动机械手的应用越来越广泛，特别是在现代自动化生产线上，经常需要进行物料的上下料操作。对于那些需要频繁上下料的生产线来说，使用气动机械手可以极大地提高生产效率。因此，对于气动机械手的结构设计和性能优化具有重要的意义。 本文将介绍一种通用的上下料气动机械手结构设计，并对设计方案进行详细讲解。该设计方案具有较高的通用性和可靠性，适用于各种不同的生产线。 2. 设计方案 2.1 总体结构 该气动机械手主要由以下部分组成： •履带 •手臂 •爪子 •气源系统 其中，手臂和爪子通过两个关节连接，可以实现360度的旋转和上下运动。同时，手臂和爪子的长度可以根据不同的生产线要求进行调整。履带可以根据不同的生产线场地要求进行更换，以适应不同的地形。

2.2 手臂结构 手臂结构由两个关节组成，可以分别实现水平方向和垂直方向的运动。关节的设计采用了球面联轴器，可以实现较大的角度范围内的旋转。在关节处采用了弹簧缓冲机构，可以减小机械手在运动过程中的 震动和冲击。 手臂的材料选择采用了航空铝合金，具有较高的强度和轻量化的特点。同时，在航空铝合金上采用了严格的表面处理和磨光，可以大大 提高机械手的表面硬度和耐腐蚀性。 2.3 爪子结构 爪子结构采用了气动夹爪，可以根据需要自由开合。在夹爪内部采 用了弹簧缓冲机构，可以减小夹爪在夹取物料时的冲击力，保证物料 的安全性。 爪子材料采用了弹性优良的合金钢，可以大大提高夹爪的使用寿命。 2.4 气源系统 气源系统主要由气源、调压器、滤波器、气管和控制阀组成。气源 和调压器的选型需要考虑机械手的使用场地和工作要求，以确定气源 稳定性和调压器的性能指标。滤波器的作用是过滤气源中的杂质和水分，从而保证气源的稳定性和纯度。气管的材料选择需要考虑机械手 的使用环境和工作场地，以确保气管的强度和耐腐蚀性。

气动机械手控制系统设计

气动机械手控制系统设计 气动机械手是一种应用气动技术的机械手执行器，通过气动元件驱动来实现抓取、搬运、装配等动作。气动机械手控制系统设计是指设计控制气动机械手运动的电气、电子、液压等各种控制设备和控制方式。本文将从气动机械手的工作原理、控制系统的设计要点和实现方法三方面进行详细介绍。 一、气动机械手的工作原理 具体来说，气源通常会提供一定的压力，一般使用压缩空气。气控元件包括气缸、气阀等，用于对压缩空气进行控制，如控制气缸的进气和排气，实现气缸的伸缩和运动方向的改变。而工作执行器则是机械手的关键组成部分，它是气缸和机械手夹具的组合，通过气缸的控制，实现机械手的抓取、搬运等动作。 二、气动机械手控制系统设计要点 1.选择合适的气源和气控元件：在设计气动机械手控制系统时，需要根据机械手的负载要求选择合适的气源和气控元件。气源的压力和流量要满足机械手的工作需求，而气控元件的类型和数量要根据机械手的动作来确定。 2.设计合理的控制回路：气动机械手的控制回路包括气源控制回路和气缸控制回路。气源控制回路主要控制气源的启动和停止，而气缸控制回路则控制气缸的进气和排气，实现机械手的运动。控制回路的设计要合理布置元件，使其在工作过程中能够有序工作，减少能量损失。

3.合理安排气缸的布局：气缸的布局对机械手的工作效果有很大影响。在布置气缸时，需要考虑机械手的工作空间、抓取点的位置和安全性等因素，尽量将气缸设在合适的位置，以提高机械手的工作效率和稳定性。 三、气动机械手控制系统的实现方法 1.纯气动控制：纯气动控制是指完全依靠气源和气控元件来控制机械 手的运动。这种控制方式结构简单，控制精度较低，主要适用于对动作精 度要求不高的场合。 2.气动与电气联合控制：在气动机械手的控制系统中，可以结合电气 元件和电气控制方式，与气动元件共同控制机械手的运动。在这种控制方 式下，电气元件可用于控制气控元件的工作，提高气动机械手的控制精度。 3.PLC控制：PLC控制是指使用可编程序控制器(PLC)对气动机械手进 行控制。通过编写程序，实现对机械手动作的精确控制。PLC控制具有高 度可编程性和精确性，适用于对机械手运动要求较高、复杂场合。 总之，气动机械手控制系统设计是一个综合考虑机械手的工作原理、 控制要点和实现方法的过程。通过合理选择气源和气控元件、设计合理的 控制回路和布局，以及选择适合的控制方式，可以实现对气动机械手的精 确控制，提高其工作效率和稳定性。

机械手及控制系统设计

. 河北工程大学 课程设计指导说明书 课程题目: 机械手及控制系统设计 专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向班级: 机制11班 **: ** 学号********* ****: ***

目录 第一章绪论 1.1 题目要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.2 题目概况。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.3 气动机械手。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.4 气动机械手的发展趋势。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.5 课题的现实意义。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第二章气动机械手的操作要求及功能 2.1 机械手移动动作示意图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2.2 机械手操作面板图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2.3 机械手的输入\输出信号定义图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 2.4 机械手顺序动作的要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 第三章机械部分设计 3.1 气动搬运机械手的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3.2 机械手的主要部件及运动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3.3 驱动机构的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3.4 机械手的技术参数列表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3.5 气动回路的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3.6 末端执行器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3.7 升降手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 3.8 平移手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 第四章机械手控制设计 4.1 PLC的简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 4.2 PLC的应用领域。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 4.3 PLC的系统组成。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 4.4 PLC的定义及选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 4.4.1 机械手传送系统输入点和输出点分配表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 4.4.2 原理接线图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。18 4.4.3 控制程序流程图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19 4.5 机械手控制软件设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 4.5.1 控制系统程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 4.5.2 手动单步操作程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 4.5.3 机械手系统梯形图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 4.5.4 语句表程序设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 第五章课程设计总结

气动机械手毕业论文

气动机械手毕业论文 气动机械手毕业论文 引言 气动机械手是一种基于气动技术的机械手臂，具有轻巧、灵活、成本低等特点，广泛应用于工业生产线上。本篇毕业论文将对气动机械手的原理、设计、控制 等方面进行探讨，以期为相关领域的研究提供一定的参考。 一、气动机械手的原理 1.1 压缩空气的利用 气动机械手的动力来源是压缩空气，通过将压缩空气转化为机械能，驱动机械 手的各个关节运动。压缩空气的利用是气动机械手能够实现轻巧、灵活的重要 原因之一。 1.2 气动元件的作用 气动机械手的关节运动依赖于气动元件的作用。常见的气动元件包括气缸、气 控阀、气动执行器等。气缸负责将压缩空气转化为线性运动，气控阀用于控制 气缸的开关，气动执行器将线性运动转化为机械手的运动。 二、气动机械手的设计 2.1 结构设计 气动机械手的结构设计需要考虑机械手的负载能力、工作范围、稳定性等因素。一般来说，机械手的结构包括底座、臂架、关节、末端执行器等部分。合理的 结构设计可以使机械手具有更好的性能和稳定性。 2.2 材料选择 气动机械手的材料选择对机械手的性能和寿命有着重要影响。常见的材料包括

铝合金、不锈钢等。铝合金具有重量轻、强度高的特点，适合用于制作机械手的关节和臂架。不锈钢具有耐腐蚀、耐磨损的特性，适合用于制作机械手的末端执行器。 三、气动机械手的控制 3.1 控制系统 气动机械手的控制系统是实现机械手运动的核心。控制系统通常包括传感器、执行器、控制器等组成部分。传感器用于感知机械手的位置、姿态等信息，执行器负责将控制信号转化为机械手的运动，控制器则负责对机械手进行控制和调节。 3.2 控制算法 气动机械手的控制算法是实现机械手运动的关键。常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、遗传算法等。不同的控制算法适用于不同的控制需求，研究和选择合适的控制算法对于提高机械手的性能具有重要意义。 结论 气动机械手作为一种轻巧、灵活的机械手臂，在工业生产线上具有广泛的应用前景。本篇毕业论文对气动机械手的原理、设计、控制等方面进行了探讨，为相关领域的研究提供了一定的参考。希望通过对气动机械手的深入研究，能够进一步提升机械手的性能和应用范围，为工业生产的自动化提供更好的解决方案。

气动机械手的设计毕业设计

气动机械手的设计毕业设计 首先是气动机械手的机械结构设计。机械结构设计是气动机械手设计 中的核心部分，它直接影响机械手的运动轨迹、载荷能力和稳定性。在设 计过程中，需要考虑机械手的工作空间、自由度、运动速度和负载要求等 因素。根据任务需求，可以选择不同类型的机械结构，例如直线型、旋转型、球面型等。在选定机械结构后，需要进行强度计算和动力学仿真分析，以确定各种零部件的尺寸和材料，保证机械手的稳定性和可靠性。 其次是气动机械手的气动系统设计。气动机械手的气动系统是实现机 械手动作的关键，它由气源、气缸、气控阀和管路组成。在气源选择上， 一般采用压缩空气作为动力源，可以通过压缩机、气瓶或者空气压缩机组 来提供气源。气缸的选择和配置要根据机械手的设计要求和工作负载来确定，需要考虑气缸的工作压力、行程长度和移动速度等因素。气控阀的种 类有很多，例如单向阀、双向阀、比例阀等，根据具体的动作要求选用合 适的气控阀。管路设计可以采用集中式或分布式设计，根据机械手的运动 方式和工作空间来确定。 最后是气动机械手的控制系统设计。控制系统设计是实现机械手自动 化操作和精确控制的关键，它包括传感器、执行器、控制器和人机界面等 部分。传感器可以添加在气缸或机械手关节处，用于检测气压、位置、力 量等参数，实现机械手的反馈控制和保护功能。执行器可以是气缸或其他 电动执行器，用于实现机械手的各种动作。控制器可以采用PLC或微控制 器等设备，用于编程、逻辑控制和通信功能。人机界面可以通过触摸屏、 键盘或按钮等设备与机械手进行交互，实现操作和监视。 综上所述，气动机械手的设计涉及机械结构、气动系统和控制系统三 个方面。通过合理设计机械结构，选择适当的气动元件和配置气动系统，

气动机械手控制系统设计

气动机械手课程设计说明书 设计题目: 气动机械手结构及控制系统设计 学生姓名： 学号：1204010714 专业班级： 指导教师： 2015年07月23日

目录 摘要 (1) 第一章气动机械手课题研究的意义、目的 (1) 1.1课题设计的意义 (1) 1.2课题设计的目的 (2) 第二章总体方案设计 (2) 第三章机械系统的设计与计算 (4) 3.1工况分析 (4) 3.2机械手重要部件的设计计算与校核 (4) 第四章气动系统设计 (5) 4.1气动系统原理 (5) 4.2气动系统原理图 (5) 4.3气动系统控制过程 (6) 第五章气动系统附件的选择 (6) 5.1分水过滤器 (6) 5.2油雾器的选择 (7) 5.3减压阀选择 (8) 5.4管道与管接头 (8) 5.5换向阀的选择 (8) 5.6单向节流阀的选择 (8) 第六章PLC控制系统设计 (9) 6.1 PLC硬件系统设计 (9) 6.2软件的设计 (10) 总结 (14) 参考文献 (15) 附图 (16)

摘要 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。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。它具有能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。气动机械手控制系统的设计要求是在控制系统的指令下，能将工件迅速、灵活、准确、可靠地抓起并运送到指定位置。在工业生产中，利用气动机械手将工件从一条生产线搬运到另一条生产线是一种高效的工作方式。因此采用PLC可编程控制器作为工件抓取机械手的控制系统，根据机械手的控制要求和操作功能，设置动作流程，分配输入输出接点，按所需来选PLC的型号，接着进行梯形图的编辑，最后进行程序的编辑与调试，从而使机械手能够完成符合设计要求的动作。 关键词：机械手、可编程控制器、PLC、控制设计 第一章气动机械手课题研究的意义、目的 1.1 课题设计的意义 机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。自动化还可以节省大量的人力、物力等。