一、设计要求
为卸码垛机械手臂配制造附件，即夹持工件的手指机构。机构应根据工件的形状、尺寸、工件质量大小、表面性质等因素专门设计。本设计拟搬运宽度尺寸90～110mm、质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，手指机构带水平转盘。设计手指机构的机械结构，机构自身重量控制在10kg以内，手指的动力驱动方式自选。
二、具体设计方案
本次机械手的主要设计构思来源于实验室的机械手模型，通过对实验室机械手的一系列观察研究，开始了如下方案的设计。
首先，我们选择了气动的方式来驱动机械手的运动，而对于气缸的选择，因为在这方面的学习还不够，而且对于我们所设计的机械手结构在气缸方面的要求不高，故在此不作进一步研究。
根据实验室的机械手模型，我们仿照其结构把机械手设计为平行式夹持手爪，接下来是对一些重要尺寸的确定做一较为详细的介绍。
2.1机械手手爪伸缩运动的设计
通过查阅相关资料，对于夹持型手爪进行受力分析如图所示，两个手指总夹持力2μF必须大于夹持工件的重力mg
故应满足2μF>mg，即F>mg/2μ式中μ为摩擦系数，本次设计的手指夹持处设有辅助件，材料取为硬质橡胶，一般令μ=0.65；
另外已知m为5kg；
由此可得F>mg/2μ=5×9.8/(2×0.65)=38N
机械手的结构图如下：
此部分为机械手的夹持部分，由图中可知，此结构主要是以齿轮齿条的啮合运动来实现手指的夹紧与放松，而通过两个类似于单缸气缸的腔体充气和放气产生推动力。因此根据公式可得：
D=（4F/（πPη））?
其中η为负载率,一般取0.4。代入相关数据可得：D=0.017m
又知腔体中受压缩气体作用的面积为一圆环，即
s=π*（R2-r2）=π*D2/4 （其中R为腔体外半径，r为轴半径）
只要圆环面积s大于π*D2/4即可，现取D=0.02m=20mm r=10mm R=20mm 则s的面积足够大，能提供足够的推力来满足运动。
之后根据所夹持件尺寸的要求是90至110mm，则按照90mm来计算（最小的工件尺寸），若能夹到的话，则110mm的也一定能夹到，然后通过一系列的尺寸推导运算（该部分是通过先初步设计尺寸，然后在建模过程中不断修改所得），即可设计出如上所示的机械手结构。其中最主要的就是齿轮齿条的行程大小确定，它是根据所要夹持工件的尺寸要求来设计的。
另外对于该如何夹持六边形工件的设计方法作如下简单说明：
现由图来说明，我们在两根手指上各设计了一块可转动的夹板（材料为硬质橡胶），通过这两块夹板可绕手指纵向做旋转运动的好处来实现此功能。
2.2机械手手爪旋转运动的设计
通过上面对手爪伸缩运动的设计，我们有了一定的启发，为了尊重现实模型的实际性，以及对结构设计的简化，我们取用了与上述结构十分相似的模型来实现旋转运动。加上上述伸缩运动的结构后，其总观图如下：
由图中显而易见通过两个腔体的充放气带动齿条运动，而齿条又带动齿轮轴的旋转，从而实现手爪的旋转运动。
2.3机械手手爪其余设计
为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，故该处选用高强度铝合金制造机械手手臂。其密度通过查阅相关资料可得大概为3g/cm3，而整个机械手的大概体积是2700mm3，则重量为8kg左右，满足要求。
另外对于轴承的选择，伸缩结构部分主要实现齿轮齿条的运动传递与种类改变（从直线到旋转再到直线）对轴承的力学性能要求不高，故选用深沟球轴承，旋转部分因为要支撑下半部的伸缩结构，故选用推力球轴承。具体尺寸查阅相关资料可得。
以上就是本次机械手设计的主要结构确定方法，以及一些相关零件的确定，望能得到老师点评。
三、总结与反思
本次机械手的设计中，本人负责的主要是设计与计算部分，对于该机械手在设计过程中存在的问题在此需要重点说明几点；
1、对于手指结构处附加的两块夹板，其主要目的是为了适应六边形的工件在夹取时的方便，另外其材料选为硬质橡胶是为了在夹取时增大与工件间的摩擦力，还有一个好处就是，若机械手长期在一些恶劣环境下工作，必定会让夹板处的磨损加快，此时可换用一副新的夹板来夹持工件，这样可减少成本的损失，一举两得。
2、齿条轴的设计是本次机械手设计中的重中之重，对于其结构的加工有两种方法，一种是在轴上直接生成齿条，另外一种是先在轴上生成一凹槽，然后把齿条安装在凹槽上。对比这两种方法，我们选择了后者，考虑到几个因素：1）加工上会比直接生成齿条轴简单。2）当齿条长期工作，磨损厉害时可拆卸下来安装新的齿条，这样可减少成本。3）对于定位的要求，或者在加工过程中的定位技术要求会降低，因为若齿条宽度足够的话，就可以确保与齿轮的啮合程度足
够，无需考虑到直接生成时啮合不足的问题。4）通过改变齿条上的齿数，或者同时改变齿轮齿条的模数齿数，即可满足不同行程的需求。
综上所述，选用第二种方法是有其好处的，这样更加有其合理性，人性化的一面。
3、在润滑方面，因为考虑到结构的密封性要求，选用脂润滑，因为机械手的运动速度不高，其轴承、活塞处的磨损、发热等消耗都不会很高，只需要定期给予润滑即可。
4、另外一点就是模数、齿数的确定是根据以往机械课程设计的经验去选取的，在此也没有进行校核，不过在选取齿条、齿轮时可根据相关力学性能来选取，同时也可通过试装，初步测试其合理性的方法来最终决定选取怎样的模数、齿数。因为本次机械手设计的重点是在结构上，故对于该部分的校核选取工作量有所减少。
助力机械手介绍资料 硬臂式（ABS）助力机械手适合安全、高效的抓放任何不同形貌、形状的的物品，抓取重量范围10kg－500kg，根据不同的安装形式包括3个种类：立柱式、悬吊固定式、悬吊滑动式。 最大负载：500kg 最大工作半径：3200mm 最大提升行程：2000mm ●工业机械手能够安全，有效的应用于各种尺寸和材料的产品上. ●每台工业机械手都是客户定制的，能够合理融入到所应用环境中并与各种设备 相互配合。 ●因此，提高了客户的生产率，同时也符合国家对手工操作的劳动保障要求。 ●简单而不失功能的设计概念 ●机械手及其夹具可以360°旋转 使用压缩空气在负载或空载情况下由双气动 回路控制机械手的平衡 产品特性 它的升降是三维空间的曲线运动 气源中断时，有防止工件落下的安全装置 操作时只需给与重物 1/100 的力量 作业的灵活性与精密性，可完成一般平衡器的 3 倍工作 内藏有重量自动监测功能 依附加装置的种类可完成更多类型的工作
产品视图 产品规格 ABS型（落地型 上固定型） MODEL CAPACITY (kg) MOUNTING H H1 H2 R max NetWeight (kg) MOUNT kg ABSA-60 60 Fix Mobile 1500 3149 2556 2430 106 345 ABSA-75 75 1500 3149 2556 2430 106 410 ABSA-100 100 1600 3242 2652 2430 132 490 ABSA-150 150 **** **** 2678 2430 154 640 ABSA-200 200 1600 3288 2698 2520 220 850 ABSA-250 250 Fix 1600 3350 2758 2520 360 960 ABSA-350 350 Fix 1600 3350 2758 2520 400 960 ABSA-480 480 Fix 1600 3350 2758 2520 480 - 以上的尺寸可因现场变更条件 使用空压 5.0kgf/cm 以上 ABS-200 以上的移动式是FORK式移动 重量的表示是工件+器具的重量 工程应用
机电工程学院 课程设计说明书（2014 /2015 学年第一学期） 课程名称：机电一体化课程设计题目：工业机械手设计 专业班级：11级机电七班 学生姓名：王岩 学号：110200719 指导教师：赵喜敬 设计周数：二周 设计成绩： 2014年12月30日
目录 第一章工业机械手综述 (1) 1.1工业机械手的发展概况 (1) 1.2工业机械手的应用 (1) 1.3工业机械手的组成及原理 (1) 第二章伸缩臂的设计方案 (3) 2.1 设计方案论证以及确定 (3) 2.1.1 设计参数及要求 (3) 2.1.2 设计方案的比较论证 (4) 2.2 机械手伸缩臂总体结构设计方案 (4) 2.3 执行装置的设计方案 (4) 2.3.1 滚珠丝杠的选择 (4) 2.3.2减速齿轮的有关计算 (10) 2.3.3电动机的选择 (15) 第三章 PLC控制系统设计 (17) 3.1 PLC的构成及工作原理 (17) 3.2 选择PLC (17) 3.3 PLC外部I/O分配图 (18) 3.4 软件设计 (19) 3.5 硬件设计 (27) 总结 (28) 参考文献 (29)
第一章工业机械手综述 1.1工业机械手的发展概况 工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 工业机械手即工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代化制造业重要的自动化装备。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 1.2工业机械手的应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。 广泛采用工业机械手，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。同计算机、网络技术一样，工业机械手的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。 1.3工业机械手的组成及原理 工业机械手一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测系统和人工智能系统等组成。机械系统是完成抓取工件实现所需运动的执行机构；驱动系统的作用是向执行机构提供动力，执行元件驱动源的不同，驱动系统的传动方式有液动式、气动式、电动式和机械式四种，采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便；控制系统是工业机械手的指挥系统，它控制工业机器人按规定的程序运动；检测传感系统主要检测工业机械手执行系统的运动位置、状态，并反馈给控制系统进而及时比较调整。
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
上下料机械手课程设计说明书
专业课程设计 任务书 一、目的与要求 《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼： 1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练
地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标 准和规范等。 4． 进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合 素质。 二．主要内容 表1精锻机上料机械手主要技术参数 手臂运动形式 （ 圆柱坐标式 抓取重量 60kgf 自由度 4个 手 手臂运动行程和速度 水平伸缩 500mm 设定点2 升降 600mm 设定点2 左右旋转 200度 设定点3 手腕回转和速度180度 设定点2 手指夹持范围 四种规格 90-120 定位方式和定位精度 机械挡块 +-1mm 控制方式 点位程控，开关板预选 驱动方式 液压 kgf/cm2
机电控制课程 课程设计说明书 课程名称：机电控制PLC设计 设计题目：气动机械手控制系统设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：2010 12 10
内容摘要 机械手是工业自动控制领域中经常用到的一种能够自动抓取、操作的装置，多用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。由于气动技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染，所以在机械手的驱动系统中常采用气动技术。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。因此，对气动机械手的研究具有重要的实际价值。 关键词：机械手 PLC 自动控制气动技术
目录 第一章引言 (3) 第二章 PLC的发展 2.1 PLC的由来和发展 (3) 2.2 可编程控制器的概念 (4) 2.3 PLC基本结构和工作原理 (5) 第三章气动机械手控制系统设计 3.1 I/o地址分配表 (7) 3.2 PLC系统选择 (7) 3.3 PLC的输入输出设备接线图 (7) 3.4系统控制方案流程图 (9) 3.5程序设计和梯形图 (10) 第四章总结 总结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
第一章引言 引言 PLC技术代表了当今电气程序控制的世界先进水平。它与数控技术，工业机器人技术已成为机械工业自动化和CIM的三大支柱。据预测，在90年代，美、日、德等发达国家的控制屏将完全由PLC所占据。由于PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，发展十分迅速，使它已远远超出单纯取代继电器的应用领域，远远超出逻辑控制的范畴，在从单机自动化到整条生产线自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从FMS、工业机器人到大型分散型控制系统中都担当着重要角色。 第二章 PLC的发展 2.1 PLC的由来和发展 1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即： 1）编程简单方便，可在现场修改程序； 2）硬件维护方便，最好是插件式结构； 3）可靠性要高于继电器控制装置； 4）体积小于继电器控制装置； 5）可将数据直接送入管理计算机； 6）成本上可与继电器柜竞争； 7）输入可以是交流115V； 8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀； 9）扩展时，原有系统只需做很小的改动； 10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。 根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC （PDP—14型），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。 PLC问世以来，其发展极为迅速。由最初的1位机发展为8位机，现在的大型PLC已采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，其技术已经相当成熟。
本技术公开了一种吸盘式助力机械手，涉及搬运技术领域，包括底座、立柱、电气箱、大臂、垂直气缸、吸盘支架和轴承座，所述底座的顶部与立柱的底部固定连接，所述立柱的顶部与轴承座的底部固定连接，所述轴承座的顶部与电气箱的底部固定连接，所述轴承座的外壁与大臂的左端固定连接、所述大臂的右端与垂直气缸的顶部固定连接、所述垂直气缸的底部与吸盘支架的顶部固定连接。该吸盘式助力机械手只需要将吸盘贴着工件表面，通过电脑控制盒对吸盘气缸进行控制，吸盘气缸回气时，吸盘内部压强降低，将工件表面牢牢吸住，吸盘气缸进气时，吸盘内部的压强升高，吸盘将工件放下，使得工件可以快速装卸，达到了放下工件非常简便快捷的效果。 权利要求书 1.一种吸盘式助力机械手，包括底座（1）、立柱（2）、电气箱（3）、大臂（4）、垂直气缸（5）、吸盘支架（6）、轴承座（7）和吸盘（13），其特征在于：所述底座（1）的顶部与立柱（2）的底部固定连接，所述立柱（2）的顶部与轴承座（7）的底部固定连接，所述轴承座（7）的顶部与电气箱（3）的底部固定连接，所述轴承座（7）的外壁与大臂（4）的左端固定连接，所述大臂的（4）的右端与垂直气缸（5）的顶部固定连接，所述垂直气缸（5）的底部与吸盘支架（6）的顶部固定连接，所述吸盘支架（6）的底部与吸盘（13）的顶部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种吸盘式助力机械手，其特征在于：所述吸盘支架（6）的外部包括扶手（10）、电脑控制盒（11）、吸盘气缸（12）和分气管（15），所述吸盘支架（6）的顶部与扶手（10）的左端固定连接，所述吸盘支架（6）的底部与吸盘气缸（12）的底部固定连接，所述扶手（10）的右端与电脑控制盒（11）的外部固定连接，所述吸盘气缸（12）的顶部设置有气管（9），所述气管（9）的远离吸盘气缸（12）的一端与分气管（15）的底部插接。 3.根据权利要求1所述的一种吸盘式助力机械手，其特征在于：所述电气箱（3）的内部设置有气压控制阀，所述电气箱（3）的底部固定安装有伸缩气缸（8），所述伸缩气缸（8）通过设置的气管（9）与气压控制阀、垂直气缸（5）、吸盘气缸（12）相通。 4.根据权利要求1所述的一种吸盘式助力机械手，其特征在于：所述气管（9）的内部设置有进气管（16）、回气管（17）和单向阀（18），所述进气管（16）的内壁与单向阀（18）的外壁固定连接，所述回气管（17）的内壁与单向阀（18）的外壁固定连接。 5.根据权利要求1所述的一种吸盘式助力机械手，其特征在于：所述吸盘气缸（12）的底部轴心处开设有孔，所述吸盘（13）的顶部轴心处开设有孔，所述吸盘（13）通过设置的孔贯穿吸盘支架（6）、吸盘气缸（12）连接到吸盘气缸（12）的内部，所述活塞（14）的外壁与吸盘气缸（12）的内壁固定连接。 6.根据权利要求1所述的一种吸盘式助力机械手，其特征在于：所述电脑控制盒（11）的外壁设置有按钮，所述电脑控制盒（11）的外部设置有集成线路，所述电脑控制盒（11）通过设置的集成线路与伸缩气缸（8）、气压控制阀、垂直气缸（5）、吸盘气缸（12）电性连接，所述吸盘气缸（12）、伸缩气缸（8）、垂直气缸（5）与气管（9）的连接处均设有单向阀（18）。 技术说明书
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。 液压传动机械手是以压缩液体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，液压动作迅速，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。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。
电气控制与PLC 课程设计说明书 题目机械手控制 院系机械工程学院 专业机械工程及自动化(电梯工程) 班级0722112 学号072211221 学生姓名孙奇 指导教师胡朝斌、易风 机械工程学院 2014年6月
目录 一、绪论 (3) 二、机械手的工作原理 (4) 2.1机械手的概述 (4) 2.2机械手的工作原理 (5) 三、机械手的工作流程图 (7) 四、输入和输出点分配图及原理接线图 (8) 五、元器件选型清单 (10) 六、控制程序 (14) 6.1初始化流程图设计 (14) 6.2手动操作梯形图 (15) 6.3回原点方式顺序功能图 (16) 6.4自动方式顺序功能图 (17) 6.5 PLC总程序梯形图 (18) 七、总结 (23) 参考文献 (24)
一、绪论 1.1 可编程序控制器的应用和发展概况 可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC （programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。 1.2 PLC的应用概况 PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。 按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。 （1）用于逻辑控制 这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。 （2）用于模拟量控制 PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。 （3）用于机械加工中的数字控制 现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。 （4）用于工业机器人控制 （5）用于多层分布式控制系统 高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。 1.3 PLC概况及在机械手中的应用 （1）可靠性高、抗干扰能力强 （2）控制系统构成简单、通用性强 由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。
机电工程学院 《专业综合课程设计》 说明书 课题名称：简易机械手机械机构设计 学生姓名：沈柳根学号：20110611119 专业：机械电子工程班级：11机电 成绩：指导教师签字： 2015年1月5日
摘要 简易机械手是工业机械手的简化，功能相似，而工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容得综合设计。通过设计提高学生的机械分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计的能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。 通过对于气动机械手的设计，展现了各个相关学科知识在这里的整合，有利于理解专业知识。 关键词：简易机械手；结构设计；气动
目录 摘要....................................................... 错误！未定义书签。 1 设计任务介绍及意义 (1) 1.1设计任务意义： (1) 1.2设计任务要求介绍： (1) 2 总体方案设计 (3) 2.1 结构分析 (3) 2.3 设计简介 (3) 3 机械传动结构设计 (5) 3.1传动结构总体设计 (5) 3.2手指气缸的设计 (6) 3.3纵向气缸的设计 (12) 3.4横向气缸的设计 (13) 4最终图纸 (15) 4.1装配图 (15) 5 总结 (16) 参考文献 (17)
（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。
机械手的夹持器还有夹紧和放松动作； 机械手工作频率：20/min； 升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较 §2-1 转角机构（实现平面转角0 30功能） 方案一 实现平面转角0 30的过程：电机带动不完全 齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动，与全 齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形 状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30 度。 机构评价： 优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个 行程内，机构的平面转角就是30度。 不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物 体时留下了工作时间。 缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆 无法做周转运动，导致机构的回程要求齿 轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速 度方向。 方案二 实现平面转角0 30的过程：皮带轮传动给蜗 轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿 轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复 地带动固接杆转动0 30 机构评价： 优点：同样具有结构简单，传力较小运 动灵活，造价低准确地实现转角0 30的 要求，可以控制间歇实现循环功能。 缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺 寸过大加工难。 方案三 30的过程：使用槽 实现平面转角0 轮实现平面转角30度，只要计算好槽轮 的槽数，就能在主动圆盘转360度时， 使从动轮转30度。机构评价： 优点：结构简单，外形尺寸小，机械效
率高，并能平稳的间歇地进行转位。 缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间歇运动，同样要求变速箱改变运动方向。 方案的选择与比较： 只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。 §2-2 上升机构（实现上升100功能要求） 方案一 实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。通过控 制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100. 机构评价： 优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平 稳，啮合冲击小。 缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦 磨损较大，传动效率较低，易出现发热 现象，常用耐磨材料制作，成本高。 方案二 实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆 从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑 动，从而使工作杆上升100mm。 机构评价： 优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就 可以达到所需要的高度。 缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。
成都航空职业技术学院 汽车工程系 设计说明书 设计题目: 汽车模拟装配线两关节机械手臂 组员姓名：赵治帅张良李杉李廷堃郑宁波 专业班级：机电一体化 10939 指导教师：申爱民 20011 年10 月30日
摘要 本文对模拟汽车装配线的工作原理和运动控制做了阐述，对如何防止故障时撞车和故障报警做出了系统说明，并深入研究了导轨的滑撬式传动和脱钩式等其他传动的优缺点；认真研究了步进电机伺服电机的原理，然后给出了具体的实现方法。现代汽车总装工艺自动化程度越来越高。汽车制造总装机械化生产包括整车装配线、车身输送线、储备线、升降机等。主要分为一次内饰装配线（车身打号、天窗、线束、ABS、顶棚、地毯、气囊帘、车门支撑板、车门玻璃、密封条、仪表盘、水箱等）、底盘线（油管、油箱、隔热板、动力总成、后悬、排气管、挡泥板、轮胎等）、二次内饰线（风窗玻璃、座椅、仪表板后端、电瓶、空滤器、备胎、后备箱备附件、雨刷、介质加注、车门调整、线路管路插接等）、整车完整性检查、整车测试线、路试跑到、调整雨淋线等。 但由于受资源和能力限制，我们的模拟生产线只取其中的一次内饰、底盘、二次内饰，加上上线和下线工位，一共是五个工位且都采用一个工位表示。主要目的是将说学过的机电一体化只是都用到，并实现部分功能。达到训练、学以致用，能力提高的目的。 关键词:汽车装配工艺结构原理
目录 摘要................................................................................................................................. 目录 ............................................................................................................................. 序言................................................................................................................................... 1总体结构方案说明： ....................................................................................................... 1.1 ........................................................................................................................... 1.1.1..................................................................................................................... 1.1. 2..................................................................................................................... 1.2 .............................................................................................................................. 1.3 ........................................................................................................................... 1.3.1..................................................................................................................... 1.3. 2..................................................................................................................... 1.3.3..................................................................................................................... 1.3.4..................................................................................................................... 2．系统主要功能及技术指标、原理图................................................................................
机电控制课程课程设计说明书 课程名称：机电控制PLC设计 设计题目：气动机械手控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：2010 12 10
内容摘要 机械手是工业自动控制领域中经常用到的一种能够自动抓取、操作的装置，多用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。由于气动技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染，所以在机械手的驱动系统中常采用气动技术。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。因此，对气动机械手的研究具有重要的实际价值。 关键词：机械手 PLC 自动控制气动技术
目录 第一章引言 (3) 第二章 PLC的发展 2.1 PLC的由来和发展 (3) 2.2 可编程控制器的概念 (4) 2.3 PLC基本结构和工作原理 (5) 第三章气动机械手控制系统设计 3.1 I/o地址分配表 (7) 3.2 PLC系统选择 (7) 3.3 PLC的输入输出设备接线图 (7) 3.4系统控制方案流程图 (9) 3.5程序设计和梯形图 (10) 第四章总结 总结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
第一章引言 引言 PLC技术代表了当今电气程序控制的世界先进水平。它与数控技术，工业机器人技术已成为机械工业自动化和CIM的三大支柱。据预测，在90年代，美、日、德等发达国家的控制屏将完全由PLC所占据。由于PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，发展十分迅速，使它已远远超出单纯取代继电器的应用领域，远远超出逻辑控制的范畴，在从单机自动化到整条生产线自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从FMS、工业机器人到大型分散型控制系统中都担当着重要角色。 第二章 PLC的发展 2.1 PLC的由来和发展 1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即： 1）编程简单方便，可在现场修改程序； 2）硬件维护方便，最好是插件式结构； 3）可靠性要高于继电器控制装置； 4）体积小于继电器控制装置； 5）可将数据直接送入管理计算机； 6）成本上可与继电器柜竞争； 7）输入可以是交流115V； 8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀； 9）扩展时，原有系统只需做很小的改动； 10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。 根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC （PDP—14型），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。 PLC问世以来，其发展极为迅速。由最初的1位机发展为8位机，现在的大型PLC已采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，其技术已经相当成熟。
在工厂的生产车间里面，有很多的大型物件总量非常重，在搬运时就不得不借助机器的力量，一般像这种的，我们都会选择使用助力机械臂。由于具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点，“平衡吊”广泛应用于现代工业中的物料移载、高频率搬运、精确定位、部件装配等场合。从接受原材料和物料开始，一直到加工、生产、保管及配送等物料流动过程中的每一个环节，平衡吊手动移载系统所发挥的作用是令人瞩目的。正确使用相应的物料移载方法和手段，对于各行业中，重物的移载、搬运现场的操作人员的健康、安全，进而其作业的合理性、劳动力的节省、生产效率的提高、产品品质的保障等多方面都有极大改善。 那助力机械臂有哪些种类呢？工厂有应该怎么去选择呢？我们可以按照不同的驱动方式可分可分为液压式、气动式和电动式。 1.液压式。这种机械臂通常是由液动机、伺服阀、油泵、油箱等部分组成驱动系统，由驱动机械臂的执行机构进行工作。通常它具有很大的抓举能力，其特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐振动，防爆性好，但对液压元件有较高的制造精度和密封性能要求，否则漏油将污染环境。 2.气动式。其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气
源方便，动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。 3.电动式。电力驱动是目前机械臂使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机以及交流伺服电机。 一套完整的助力机械手装备主要由三部分组成：平衡吊主机、抓取夹具（或机械手）及安装结构。 机械手主机是实现物料（或工件）在空中无重力化浮动状态的主体装置。 机械手则是实现工件抓取，并完成用户相应搬运和装配要求的装置。 安装结构则是根据用户服务区域及现场状况要求以支撑整套设备的机构。 芜湖大正百恒智能装备有限公司是一家专业研发生产销售机械手的智能科技公司，其生产的各类机械手(双臂回斜式机械手、回斜式机械手、双截单臂回斜式机械手、立式注塑机专用机械手、单臂回斜式机械手、中型一轴伺服横走式机械手、中型两轴伺服横走式机械手、CNC悬挂式全伺服机械手、CNC开放式全伺服机械手、中型三轴牛头式伺服机械手、重型三轴牛头式机械手、重型三轴牛头式伺服机械手)，类型丰富，控制精度高，性能优异，价格实惠，是您减省工人、提高效率、降低成本、提高产品品质、提升工厂形象的好选择。
目录 摘要 (1) 引言 (1) 1.机械手总体方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2运动形式的选择 (2) 1.3驱动方式的选择 (4) 1.4总体结构设计 (5) 2.机械手手部设计 (6) 2.1结构分析 (6) 2.2计算分析 (6) 3.PLC控制系统设计 (1) 1 3.1机械手移动工件控制系统的控制要求 (1) 1 3.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置 (1) 3 3.3机械手移动工件控制系统的PLC程序 (1)
4 4.动画制作 (1) 8 4.1建立机械手模型 (1) 8 4.2制作机械手的动画 (1) 8 结束语 (2) 6 致谢 (2) 6 参考文献 (2) 6 附录 (2) 7
摘要 机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。 关键词：机械手PLC 动画 引言 随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。 工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，
课程设计说明书 2015 年 6 月9 日
目录 摘要 (2) 第1章概述 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2课题的内容和要求 (4) 1.3进度安排 (4) 1.4设计进度安排 (4) 1.5基本要求 (5) 第2章课程设计的总体方案 (6) 2.1总体方案的确定 (6) 2.2 机械结构的设计 (6) 2.3 软件设计 (6) 第3章机械部分设计 (7) 3.1 元器件选型 (7) 3.2 机械结构构件及说明 (7) 3.3 工作台外形尺寸及重量初步估算 (8) 3.4 滚珠选择 (8) 3.5滑块导轨的选择与校核 (8) 3.6 弯曲应力σm的计算 (9) 3.7选择联轴器的考虑因素 (10) 3.8 轴承的选用与校核 (11) 第4章控制系统的设计 (14) 4.1 控制系统硬件电路的设计 (14) 4.2控制系统软件编程设计 (16) 参考资料 (18) 附录一：cad图纸 (19) 附录二：proe图 (20) 附录三：程序 (22)
摘要 机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了机械手的设计理论与方法。 本课题以52单片机为核心设计，通过AutoCAD，proe技术对机械手进行结构设计，实现所需要的功能。 关键词：机械手、52单片机、AutoCAD、Proe
第1章概述 机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 机械手，多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机械手或通用机械手）。 机械手是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机械手具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械手。 简而言之，机械手就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。 机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 机械手按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机械手以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机械手中使用最多的一种结构形式。 要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机械手的性能。一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成 1.1设计目的 《单片机原理及接口技术课程设计》是机械电子工程专业的学生在完成《单片机原理及接口技术》等专业课程的学习之后，进行综合性设计训练的实践性教学环节。目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查、复习和提