多用途气动机器人结构设计【四自由度圆柱坐标式】【动画仿真】【9张CAD图纸+PDF图】

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作为一个大学生没有社会经验的人是不完整的，因此我必须紧密地和社会联系在一起，和它成为一个整体。 在实习的一个星期里，我被分到空调柜，当时人事部没有给我分配具体的任务，只是帮忙空调柜的员工做一些事，可以说我既是促销员又是打单员，对于刚接触这两项工作的我，觉得毫无头绪，商品的价格我知之甚少，不是和顾客交谈时无话可说，就是打错单，后来还要麻烦督导帮我去客服改单。现在我才发现在学校学得东西太少，根本不能适用社会。如果没有正式员工的帮助我根本不可能顺利的度过这七天，遇到不懂的我会虚心向他们请教，他们也会耐心得帮助我。 通过工作，我明白了很多，比如我懂得如何去和同伴团结在一起，挖掘每个人的优势，发扬团队精神，高质量地完成任务。要知道一个人的力量是弱小的，集体的力量是强大的。换句话说，积水成河，积沙成丘。同样在工作中我们也必须尽可能的帮助我们团队里的成员，一旦某个成员遇上了困难，我们应该毫不犹豫的去帮助他，使他感到集体的温暖。这时他就会有这样的想法：因为我的团体好温暖，定要好好努力。假如集体中的某一成员在那边努力的工作，那么其他集体的成员也会受到感染。 机电50532 孙启亮 2008.5.4 实践小结㈡ 转眼已经实习了两个多星期，曾怀念睡觉睡到自然醒的生活。但是现在苏宁电器紧张有序的实习生活让我一改从前自由散漫的作风，自觉融入到这个优良的工作环境中去。生活节奏变得规律，每天准时上下班，上学时候的散漫、轻松的日子一去不复返。 一颗浮躁的心归于平静，但不缺乏激情。今天，除了要加强自己的理论素质和专业水平外，更应该加强自己的业务技能水平，这样我们以后才能在工作中得心应手，更好的为广大客户提供方便、快捷、准确的服务。 在大学里学的不仅是知识，更是一种叫做自学的能力”。参加实习后才能深刻体会这句话的含义。除了英语和计算机操作外，课本上学的理论知识用到的很少。在这个信息爆炸的时代，知识更新太快，靠原有的一点知识肯定是不行的。我们要在以后的工作中要勤于动手慢慢琢磨，不断学习不断积累。遇到不懂的地方，自己要虚心请教他人，并做好笔记认真理解分析。没有自学能力的人迟早要被社会所淘汰！我深知这一点的重要性，所以只要是我不懂的，我一定会问别人或自学。比如，打单这项工作很容易出错，即使你的计算机水平很高，也不能保证你可以准确无误的打好一个单。所以只要有人在打单我就会跟着学，很快我就掌握了打单的方法。 我最欣赏把撒哈拉沙漠变成人们心中绿洲的三毛，也最欣赏她一句话：即使不成功，也不至于成为空白。成功女神并不垂青所有的人，但所有参与、尝试过的人，即使没有成功，他们的世界也不是一份平淡，不是一片空白。实习的工作是忙碌的，也是充实的。生活的空间,须借清理挪减而留出，心灵的空间，则经思考领悟而扩展。当我转身面向阳光时，我发现自己不再陷身在阴影里。我开始学着从看似机械重复的实习工作中寻找快乐，我快乐实习工作着，游刃有余。 我们要在以后的工作中要勤于动手慢慢琢磨，不断学习不断积累。遇到不懂的地方，自己要虚心请教他人，并做好笔记认真的去理解分析。没有自学能力的人迟早要被社会所淘汰！ 机电50532 孙启亮 2008.5.11 实践小结㈢ 　 实习是每一个大学毕业生必须拥有的一段经历，他使我们在实践中了解社会，让我们学到了很多在课堂上根本就学不到的知识,也打开了视野，长了见识，为我们以后进一步走向社会打下坚实的基础，实习是我们把学到的理论知识应用在实践中的一次尝试。 在这个信息爆炸的时代，知识更新太快，靠原有的一点知识肯定是不行的。我们必须在工作中勤于动手慢慢琢磨，不断学习不断积累。遇到不懂的地方，自己先想方设法解决，实在不行可以虚心请教他人，而没有自学能力的人迟早要被企业和社会所淘汰。 实习这几个月期间，我拓宽了视野，增长了见识，体验到社会竞争的残酷，而更多的是希望自己在工作中积累各方面的经验，为将来自己走创业之路做准备。经过这一阶段的实习我明白，要想做好一件工作是很难的，在学校里那种得过且过的做法是不行的，就拿销售员来说，他们都是有规定的，每天必卖出多少商品，如果不能达到限额就会扣工资。我觉得成为一个好的销售员，需要具备各方面的素质，首先他要对自己的产品了如指掌，否则，他没办法说服顾客购买自己的产品，比如空调，你就必须知道它的构造，优点。然后就要学会倾听，倾听顾客的心声，尽量满足顾客的要求。。而事实上所有的业务并不是一次就能交易成功的，他们必须具备坚忍不拔的个性，遭遇挫折时绝不能就此放弃，犯错遭领导责骂时不能赌气就辞职。 销售员的一天应该从清晨睁开第一眼开始，每天早上我都会从自己定的欢快激进的闹铃声中醒来，然后以精神充沛、快乐的心态迎接一天的工作。我没有丰富的销售经验，相貌平平、口才也一般，但我不会气馁，我对自己说，如果我没有别人形象好，那么我和别人比朴实；如果我没有别人口才好，那么我和别人比稳重；如果我没有别人经验多，那么我和别人比诚信；如果我没有别人单子多，那么我和别人比服务。总有一样，我不会输，总有一天我会受到客户的认可，我相信我能做到很好，因为我在努力。 机电50532 孙启亮 2008.5.18 实践小结㈣ 转眼间，我们都快毕业了，同学们都在为自己的实习到处奔波，我也不例外。以前，我总是盼望早点到社会参加工作，因为我总觉得工作是一件很容易的事。可是当我离开校园，真的进入社会实习后，才真正体验到工作，并不是想象中的那样,它又苦又累，可不是一件容易的事。因为，从学校到社会的大环境的转变，从教钱学习到收工资做事的地位转变，身边接触的人也完全换了角色，老师变成老板，同学变成同事，相处之道完全不同，在这巨大的转变中，我们可能彷徨，迷茫，无法马上适应新的环境。 如愿以偿,我找到一份办公室文员的工作。虽然这不是第一个实习工作,但这是第一次正式与社会接轨踏上工作岗位，开始与以往完全不一样的生活。每天在规定的时间上下班，上班期间要认真准时地完成自己的工作任务。我担任职位，平时的工作只是打打电话处理文件，为其他工作人员做做后勤，几乎没用上自己所学的专业知识。但是我喜欢这样的工作,这可能与我的性格有关,所以我下定决心一定要好好完成每一份工作. 第一次踏入那办公室，除了车间，办公室里并不多人，只有会计、出纳、人事、行政五六个人。工作的第一天，和我的上司交谈几句，然后交待好我的工作以后她就开始埋头工作。虽然一天只工作8个小时，但第一天我觉得过得很漫长，在一个陌生的环境里，我一边工作，一边仔细观察，因为怕生，我很少主动与其他职员说话，而与我那位“老师”交谈的时候也很害羞。晚上我难以入睡，我发现这位和我年纪相仿的“老师”在工作效率、反应速度都比我强很多，而我却只能协助她做一些基本的事情，我还深深体会到，在办公室中，很多时候同事不会象同学一样对你嘘寒问暖。但总的来说，第一天的工作体验，让我知道接下来的日子应该要怎么工作，应该如何改变与人相处的态度。我相信，只要我认真学习，好好把握，做好每一件事，实习肯定会有成绩的。 在这个岗位上,我知道的甚少，还需要我不断的努力。接下来的时间里我要不断的努力，争取在这个岗位上做出贡献。 机电50532 孙启亮 2008.5.25 实践小结㈤ 很快两个星期过去了，在这段日子里，我最常做的工作是接听电话、文件处理、接待客人。 一开始听到要我主要负责接听和打电话的时候，我还高兴了好一阵子，因为我认为这件工作很简单，平时我们不是经常做这样一件事吗？但是真的要做的时候，却不是一件容易的事了。也许是因为自己总是认为对方比自己年纪、职位都要高，所以觉得有一种谦卑的感觉，说话的底气不足。因此后来带我的那位文员先让我观察她是怎么与客户交谈的。在观察她工作后，我突然很佩服她的勇气，她与客户谈话的时候神情自如，说话自信。我终于知道自己的不足，我不敢主动开口，没有把自己溶入职位里去，没有进入工作状态，也太过看谦卑了，在工作岗位上，每个人都是平等的。 在接下的工作中，我鼓足勇气，充满自信，当然也以礼对人。虽然还是会紧张，但比起之前，我已经有了很大的进步。有一次，出纳要我打电话给一位客户，问他的货款什么时候还。“追数”这个事情我还是第一次要做呢，而且一直以来都觉得“追数”很难为情。但是，我的心情既激动又紧张。激动的是，锻炼自己的机会终于来了，紧张的是，害怕自己会出差错，这样会令客户不满意和不开心。终于我拿起电话——“喂，您好！麻烦转你们的销售经理。”……“喂，您好！”“喂，您好！是陈经理是吗？是这样的，你们上次的货款今天到期要付了，之前你们说上午过来，因为现在快要下班了，怕陈经理派了人过来后我们都不在，那样不太好！”“哦，不好意思的，是这样的，我们已经派了人到你们厂的了，不过可能要下午才到。”“哦，那好的，我会告诉我们出纳下午等你们的了，那又打扰陈经理您了……”放下了电话，我那紧张的神经顿时得到舒缓，而且还觉得很高兴，虽然没有那些业务员那些可以随口成篇，可以随时跟客户聊得无所不谈，但我觉得自己还是踏上了成功的阶梯。 虽然在工作上我以慢慢熟悉，但还有的地方我不能独立完成，我还要不断学习。像如何处理人际关系，一些问题的解决。希望经过我的努力，能够把工作完成的更好，由刚出校园的青涩逐渐走向成熟。 机电50532 孙启亮 2008.6.8 实践小结㈥ 常言道：工作一两年胜过读书十多年。将近一个月的实习时间虽然不长，但是我从中学到了很多知识，关于做人，做事，做学问，对我来说都是受益非浅。在大学里学到的东西只是一种工具，我们要利用这个工具来处理一系列的问题。我们刚踏出校园，没有工作经验，所以我们就更应该严肃地对待工作，虚心的向别人请教。另外，自信对于一个应届生来说非常重要。 首先，自学能力很重要。“在大学里学的不是知识，而是一种叫做自学的能力”。参加工作后才能深刻体会这句话的含义。我担任的是文员一职，平时在工作只是打打电话处理文件，完全没用上自己所学的专业知识。但在学习过程中，我们专业也没有教我们如何做好办公室文职的工作。所以在整个实习过程中，都需要自己一边工作一边学习，靠自己的自觉能力和领悟能力完成好每一样工作。 其次，要严肃认真地工作。以前在学校，上课的时候也许可以不请假而不去上课老师也不会发现，上课的时候也许可以不听课甚至睡觉。在这里，可不能这样，因为，这里是公司，是工作的地方，是绝对不允许发生这样的事情的。工作，来不得半点马虎，同时也不能高傲自满，觉得自己是一个大学生，做一个文员太大材小用了，其实每一个职位，只要自己做好了，领导是会看到你的成绩的。于是，我意识到：自己绝不能再像以前那样，要学会像这里的同事一样严肃、认真、努力地工作。 再次，要虚心，要以礼待人。不要认为自己比别人的学历高，便不虚心请教，其实经验和学历同等重要，只有虚心的请教、学习，还能使自己更快的进步。在办公室中，存在着各种形形色色的人，每个人的性格都不相同，但是我们不需要去附和任何人，只要我们以礼待人，别人都会尊重你和友好对你的。 最后，要自信。不管你是职高一等的老手还是新近入行的新手，都应绝对摈弃不平等的关系，心存自大或心存自卑都是同事间相处和工作的大忌。 机电50532 孙启亮 2008.6.15 实践小结㈦ 文员工作是我职业生涯的一个起点，我对此也十分珍惜，尽最大努力去适应这一岗位。通过几个星期的不断学习，以及同事、领导的帮助，我很快融入到了这个大家庭中，个人的工作技能也有了明显的提高，虽然工作中还存在这样那样的不足之处，但应该说这一段时间付出了不少，也收获了很多，我自己感到成长了，也逐渐成熟了。  一、以踏实的工作态度，适应工作特点 每天除了本职工作外，还经常有计划之外的事情需要临时处理，而且通常比较紧急，让我不得不放心手头的工作先去解决，因此这些临时性的事务占用了很多工作时间，经常是忙忙碌碌的一天下来，原本计划要完成的却没有做。但手头的工作也不能耽误，今天欠了帐，明天还会有其他工作要去处理，因此尽我最大的能力去做好本职工作。 二、尽心尽责，做好本职工作 1.做好网络以及计算机维护工作，我们单位的计算机有些比较陈旧，配置低，而且硬件也老化了，问题也会出现的频繁，有些硬件或者软件出问题需要很多时间去检测，才能对症维修。 2.做好文档打印及复印工作，这项工作不是每天都固定有文件要打，有文件要复印的，一般来说都是各科室办事员需要打印合同以及报表之类的文档，或者批量复印报表等等，都是临时性的工作，有时候因为复印机故障没有能及时完成复印事项，也只有第二天解决。 3.负责办理各类文件的收发、登记、阅签、清退、整理、归档、保密工作，管理好上级下发文件以及公司内部文件的目录以及存档工作，到年底做好各类文档的归档工作。 4.负责办公室的日常管理工作，负责受理投诉和来访接待、收发传真、考勤登记、接听电话等工作 5.完成报刊杂志的发放以及订阅工作。 6.做好公司重要信件的收发工作，信件一般都采用EMS和挂号进行发出，一般是货运票据都采用EMS快递寄出。 7.每个季度的办公用品费用统计以及纸张使用统计。 虽取得了一定的成绩，但离公司和自己的要求还很远，我将更加努力学习，拓展知识面，不断提高工作能力和综合素养。 机电50532 孙启亮 2008.6.22 实践小结㈧ 回顾这几个星期以来的工作，我在公司领导及各位同事的支持与帮助下，严格要求自己，按照公司的要求，较好地完成了自己的本职工作。 通过系统的学习与工作，工作模式上有了新的突破，工作方式有了较大的改变， 一、办公室的日常管理工作 办公室对我来说是一个全新的工作领域。作为办公室的文员，自己清醒地认识到，办公室是总经理直接领导下的综合管理机构，是承上启下、沟通内外、协调左右、联系四面八方的枢纽，推动各项工作朝着既定目标前进的中心。办公室的工作千头万绪，在文件起草、提供调研资料方面都要为决策提供一些有益的资料，数据。有文书处理、档案管理、文件批转、会议安排、迎来送往及用车管理等。我面对繁杂琐碎的事务性工作，自我强化工作意识，注意加快工作节奏，提高工作效率，冷静处理各项事务，力求周全、准确、适度，避免疏漏和差错。 在工作中难免会有磕磕碰碰的事情发生，在做本职工作中难免会遇到临时任务下发，工作任务紧等因素导致未处理事项。每日重复单调繁琐的工作，时间久了容易厌倦。象我就是每天就是坐着对着电脑打打字，显得枯燥乏味。但是工作简单也不能马虎，你一个小小的错误可能会给公司带来巨大的麻烦或损失，还是得认真完成。而象同公司的网络推广员每天得打电话，口干舌燥先不说，还要受气，忍受一些电话接听者不友好的语气有些甚至说要投诉。如果哪家公司有意向的还得到处奔波去商谈。而事实上所有的业务并不是一次就能交易成功的，他们必须具备坚忍不拔的个性，遭遇挫折时绝不能就此放弃，犯错遭领导责骂时不能赌气就辞职。踏上社会，我们与形形色色的人打交道。由于存在着利益关系，又工作繁忙，很多时候同事不会象同学一样对你嘘寒问暖。而有些同事表面笑脸相迎，背地里却勾心斗角不择手段，踩着别人的肩膀不断地往上爬，因此刚出校门的我们很多时候无法适应。 实习这两个月期间，我拓宽了视野，增长了见识，体验到社会竞争的残酷，而更多的是希望自己在工作中积累各方面的经验，更好地服务社会。 机电50532 孙启亮 2008.6.29 9 多用途气动机器人结构设计 摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手硬件和软件的组成，即PLC控制的气动机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点，PLC控制的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。 关键词： 工业机器人 机械手 气动 可编程序控制器（PLC） Structural Design of Multi-purpose Pneumatic Robot Abstract At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic. The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm.The paper designs the system of air pressure drive and draws the work principle chart, the manipulator uses PLC to control. The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator. The paper draws out the work time sequence chart and the trapezium chart. What’s more, the paper workout the control program of the PLC, KEY WORDS: industrial robot manipulator pump air pressure drive PLC 目 录 第一章 引言 1.1机械手概述............................................... ..............1　 1.2气动机械手的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3机械手的系统工作原理及组成.....................................．.......2 第二章 机械手的整体设计方案 2.1机械手的座标型式与自由度 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2机械手的手部结构方案设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.7机械手的主要技术参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 第三章 手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.1.1手指的形状和分类 3.1.2设计时考虑的几个问题 3.1.3手部夹紧气缸的设计 第四章 手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算 4.2.3回转气缸的驱动力矩计算校核 第五章 手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.1.1尺寸设计 5.1.2尺寸校核 5 .1 .3导向装置 5 .1 .4平衡装置 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 5.2.1尺寸设计 5.2.2尺寸校核 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.3.1尺寸设计 5.3.2尺寸校核 第六章 气动系统设计 6.1气压传动系统工作原理图及元器件的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第七章 机械手的PLC控制系统设计 7.1可编程序控制器的选择及工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 7.1.1可编程序控制器的选择 7.1.2可编程序控制器的工作过程 7.2可编程序控制器的使用步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 7.3机械手可编程序控制器控制方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 7.3.1控制系统的工作原理及控制要求 7.3.2 气动机械手的工作流程 7.3.3 I/0分配 7.3.4梯形图设计 第八章 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38 III 无锡职业技术学院毕业设计说明书 第一章 引 言 1.1 工业机械手概述 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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，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。 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:介质李源极为方便，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。 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(一般不卜浇塞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。 1.2 气动机械手的设计要求 1.2.2 课题的设计要求 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，它的适用面相对较广。 (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，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还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)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。 1.3 机械手的系统工作原理及组成 机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。 控制系统 （PLC） 位置检测装置 驱动系统 （气压传动） 执行机构 立柱 手臂 手腕 手部 图1-1机械手的系统工作原理框图 机械手的工作原理：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。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。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。位置检测装置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. (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在本课题中我们采用夹持式手部结构。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。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。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 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。 4、立柱 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。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5、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。它由动力装置、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、机械传动。 (三)控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。该机械手采用的是PLC程序控制系统，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. 第二章 机械手的整体设计方案 对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾-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（如图2-1所示），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，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。它可用于操作环境恶劣的场合。 图2-1机械手的整体机械结构 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。（如图2-2所示） 图2-2 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 机械手的主要技术参数 一.机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为5公斤。 二.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。（如图2-3所示）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。最大回转速度设计为。平均移动速度为。平均回转速度为。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600mm,最大工作半径约为。手臂升降行程定为。定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为。 三. 用途: 用于自动输送线的上下料。 四．设计技术参数: 1、抓重 2、自由度数 4个自由度 3、座标型式 圆柱座标 4、最大工作半径 5、手臂最大中心高 6、手臂运动参数 伸缩行程 伸缩速度 升降行程 升降速度 回转范围 回转速度 7、手腕运动参数 回转范围 回转速度 8、手指夹持范围 棒料: 9、定位方式 行程开关或可调机械挡块等 10、定位精度 11、驱动方式 气压传动 12、控制方式 点位程序控制(采用PLC) 图2-3机械手的工作范围 第三章 手部结构设计 3.1 夹持式手部结构 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。 3.1.1手指的形状和分类 夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。 3.1.2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，其结构如附图所示。 3.1.3手部夹紧气缸的设计 1、手部驱动力计算 本课题气动机械手的手部结构如图3-1所示： 图3-1齿轮齿条式手部 其工件重量G=5公斤， V形手指的角度，,摩擦系数为 (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为: (2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式: 所以 (3)实际驱动力: 1、因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取时，则: 所以 所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为。 2、气缸的直径 本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: 式中: - 活塞杆上的推力，N - 弹簧反作用力，N - 气缸工作时的总阻力，N - 气缸工作压力，Pa 弹簧反作用按下式计算: Gf = 式中:- 弹簧刚度，N/m - 弹簧预压缩量，m - 活塞行程，m - 弹簧钢丝直径，m - 弹簧平均直径，. - 弹簧有效圈数. - 弹簧材料剪切模量，一般取 在设计中，必须考虑负载率的影响，则: 由以上分析得单向作用气缸的直径: 代入有关数据，可得 所以: 查有关手册圆整，得 由,可得活塞杆直径: 圆整后，取活塞杆直径校核，按公式 有: 其中，[]， 则: 满足实际设计要求。 3、缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: 式中:6- 缸筒壁厚，mm - 气缸内径，mm - 实验压力，取, Pa 材料为:ZL3,[]=3MPa 代入己知数据，则壁厚为: 取，则缸筒外径为: 第四章 手腕结构设计 4.1 手腕的自由度 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，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。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，并且要求严格的密封。 4.2 手腕的驱动力矩的计算 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 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4-1所示为手腕受力的示意图。 1.工件2.手部3.手腕 图4-1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: 式中: - 驱动手腕转动的驱动力矩(); - 惯性力矩(); - 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(). - 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(); 下面以图4-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算: 1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M悦 若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为，则: 式中:- 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量; - 工件对手腕转动轴线的转动惯量。 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为: 式中: - 工件对过重心轴线的转动惯量: - 工件的重量(N); - 工件的重心到转动轴线的偏心距(cm), - 手腕转动时的角速度(弧度/s); - 起动过程所需的时间(s); — 起动过程所转过的角度(弧度)。 2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩M偏 + () 式中: - 手腕转动件的重量(N); - 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm) 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则. 3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 () 式中: ，- 转动轴的轴颈直径(cm); - 摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承; ,- 处的支承反力(N)，可按手腕转动轴的受力分析求解， 根据,得: 同理，根据(F),得: 式中:- 的重量(N) ,— 如图4-1所示的长度尺寸(cm). 4、转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。 4.2.2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，它的原理如图4-2所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈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4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。单叶气缸的压力P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 1.尺寸设计 气缸长度设计为,气缸内径为=96mm,半径,轴径=26mm,半径,气缸运行角速度=，加速度时间=0.1s, 压强, 则力矩： 2.尺寸校核 （1）测定参与手腕转动的部件的质量,分析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，那么转动惯量： （） 工件的质量为5,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量： 假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距 ，其转动惯量为: （2）手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为M偏，考虑手腕转动件重心 与转动轴线重合，，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线,则： + （3）手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，对于滚动轴承，对于滑动轴承=0.1， ，为手腕转动轴的轴颈直径，, , ,为轴颈处的支承反力，粗略估计,, 4．回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。在此处估计为的3倍， 3 设计尺寸符合使用要求，安全。 第五章 手臂伸缩，升降，回转气缸的尺寸设计与校核 5.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 5.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计 手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用CTA型气缸，尺寸系列初选内径为100/63，关于此气缸的资料详情请参看烟台气动元件厂公司主页： www.bota.cn/products.asp. 5.1.2 尺寸校核 1. 在校核尺寸时，只需校核气缸内径=63mm,半径R=31.5mm的气缸的尺寸满足使用要求即可,设计使用压强, 则驱动力： 2．测定手腕质量为50kg,设计加速度，则惯性力： 3.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数, 总受力 所以标准CTA气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。 5.1.3 导向装置 气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，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，应该采用导向装置。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，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。 导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。 5.1.4 平衡装置 在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。 5.2 手臂升降气缸的尺寸设计与校核 5.2.1 尺寸设计 气缸运行长度设计为=118mm,气缸内径为=110mm,半径R=55mm,气缸运行速度，加速度时间=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力： 5.2.2 尺寸校核 1．测定手腕质量为80kg,则重力： 2．设计加速度，则惯性力： 3.考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数， 总受力 所以设计尺寸符合实际使用要求。 5.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核 5.3.1 尺寸设计 气缸长度设计为,气缸内径为,半径R=105mm,轴径半径,气缸运行角速度=，加速度时间0.5s,压强, 则力矩： 5.3.2 尺寸校核 1．测定参与手臂转动的部件的质量,分析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，那么转动惯量： （） 考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数, 总驱动力矩： 设计尺寸满足使用要求。 7 24DH-10-S1 二位五通电磁滑阀 1 8 24D2H-10-S1 二位五通电磁滑阀 4 9 24D2H-15-S1 二位五通电磁滑阀 1 10 单向节流阀 2 11 LI-25 单向节流阀 2 12 快速排气阀 2 13 气液转换器 1 各通行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调节，这种方法的特点是结构简单效果好。如平臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快启动速度，也可调节全程的速度。升降气缸采用气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。 为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。 电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸，行程，速度计算出所需压缩空气流量，与选用的电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 第七章 机械手的PLC控制系统设计 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。 7.1 可编程序控制器的选择及工作过程 7.1.1 可编程序控制器的选择 目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器。 7.1.2 可编程序控制器的工作过程 可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。 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。 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。 7.2 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 即确定被控对象的工作原理，控制要求，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)，则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，则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，若有则修改。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。 7.3 机械手可编程序控制器控制方案 7.3.1 控制系统的工作原理及控制要求 1.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，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激励，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，则出错指示灯亮。 2.控制要求 为了满足生产需要，机械手应设置手动工作方式、单动工作方式和自动工作方式。 （1）手动工作方式 便于对设备进行调整和检修，设置手动工作方式。用按钮对机械手每一动作单独进行控制。 （2）单动工作方式 从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按下一次起动按钮，机械手完成一步的工作后，自动停止。 （3）自动工作方式 按下起动按钮，机械手从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，机械手在完成最后一个周期的动作后，返回原点自动停机。 7.3.2 气动机械手的工作流程（如图7-1所示） 气动机械手的工作流程如下： （1） 当按下机械手启动按钮之后，首先立柱右转电磁阀通电，机械手右转，至右限位开关动作。 （2） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。 （3） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。 （4） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。 （5） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。 （6） 手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。 （7） 立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。 （8） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。 （9） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。 （10） 立柱左转电磁阀通电，机械手左转，至左限位开关动作。 （11） 手臂伸长电磁阀通电，手臂开始伸长，至限位开关动作。 （12） 手腕逆时针转电磁阀通电，手腕逆时针转动，至逆时针转限位开关动作。 （13） 立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。 （14） 手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。 （15） 手腕收缩电磁阀通电，手腕收缩，至限位开关动作。完成一次循环，然后重复以上循环动作。 （16） 按下停止按钮或停电时，机械手停止在现行的工步上，重新启动时，机械手按上一工步继续工作。 启动 手腕收缩 手爪松开 立柱右转 立柱下降 立柱上升 手腕逆时针转 手臂伸长 手臂伸长 手腕逆时针转 立柱左转 立柱下降 手腕收缩 手爪抓紧 手腕逆时针转 立柱上升 图7-1机械手自动控制工作流程框图 7.3.3 I/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.如表7-1所示。 其它地址分配： 1、 夹紧定时器:T1,定时5s 2、 放松定时器:T2，定时5s 3、 自动方式标志:M0.0 4 、单动方式标志:M0.1 5、 手动方式标志:M0.2 6、 结束标志:M0.5 7.3.4 梯形图设计 根据机械手的逻辑时序图及1/0分配，可以画出控制梯形图。控制梯形图可分为子程序部分和主程序部分。 子程序部分包括：自动方式控制梯形图（7-2）和手动方式控制梯形图（7-3）。 1． 自动控制方式梯形图如下： 图7-2自动方式控制梯形图 2.手动控制方式梯形图如下： 图7-3手动控制方式梯形图 3.主程序梯形图如图7-4所示： 图7-4主程序梯形图 第八章 结 论 1、本次设计的是气动通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手的自由度可变，控制程序可调，因此适用面更广。 2、采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。 3、通过对气压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。 4、机械手采用PLC控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。 致 谢 本文是在我尊敬的俞云强老师悉心指导下完成的。老师严谨的治学态度和精益求精的工作作风使我受益匪浅。在此，我首先向老师表示诚挚的感谢，并致以崇高的敬意!在课题的研究和开发阶段，得到了学校老师的大力支持和帮助，为我提供了许多有用的资料，在此一并向他们表示衷心的感谢。在日常生活和学习中，学校的各位老师，以及全体同学给与我大力支持和帮助，在此我向他们表示衷心的感谢。感谢父母 、家人，感谢所有关心我的朋友和老师，感谢无锡职业技术学院的学习环境。 孙启亮 2008年4日11日 参考文献： 1.张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，1988 2.蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，2001, 4 3.金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用 ，2001 4.王雄耀.近代气动机器人(气动机械手)的发展及应用.液压气动与密封，1999, 5 5.严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，1992 6.机械设计师手册.北京:机械工业出版社，1986 7.黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981 8.成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社 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