氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),氣動(dòng),機(jī)械手,回轉(zhuǎn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
學(xué)院 ：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)0405
學(xué)生情況
指導(dǎo)教師情況
題目類型
姓 名
學(xué) 號(hào)
姓 名
職 稱
單 位
理論研究 □
科研開(kāi)發(fā) □
袁航
20
李啟光
副教授
機(jī)電工程學(xué)院
工程設(shè)計(jì) □√
論文 □
題目
氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)
主要
內(nèi)容
以及
目標(biāo)
(畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)任務(wù)達(dá)到的目標(biāo))
1、進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)械手的總體研究，并進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)；
2、設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手氣路設(shè)計(jì)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；
3、設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械伸縮、回轉(zhuǎn)臂部分結(jié)構(gòu)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；
4、人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5、完成中英文摘要，開(kāi)題報(bào)告、調(diào)研報(bào)告以及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
成果
形式
（畢業(yè)設(shè)計(jì)完成具體工作量；成果形式；驗(yàn)收方式）
1、氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)裝配圖（1張A0圖紙）
2、氣動(dòng)機(jī)械手伸縮臂結(jié)構(gòu)裝配圖 （1張A1圖紙）
3、人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件及框圖，上位監(jiān)控界面
4、英文翻譯：5000字；
5、開(kāi)題報(bào)告：2000字、調(diào)研報(bào)告：2000字；
6、論文：1.5~2萬(wàn)字；1篇論文（其中包括中文摘要400字，英文摘要250~300單詞）
基本
要求
（對(duì)完成設(shè)計(jì)任務(wù)方面的具體要求：設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)、數(shù)據(jù)及來(lái)源、調(diào)試所用儀器設(shè)備）
1、設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手伸縮行程10CM，升降行程5CM，旋轉(zhuǎn)180度；
2、抓握零件直徑?5~ ?20，最大重量0.5KG
3、 界面友好，操作方便
實(shí)習(xí)
調(diào)研
要求
（對(duì)部分有實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的專業(yè)，提出實(shí)習(xí)或調(diào)研的具體要求，包括調(diào)研提綱、實(shí)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)和具體內(nèi)容要求）
1、利用各種途徑查找文獻(xiàn)資料，包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖書(shū)館、情報(bào)中心等，通過(guò)資料認(rèn)真了解軟硬件技術(shù)及設(shè)備特征，了解國(guó)內(nèi)外目前的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；
2、在機(jī)電試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)了解等。
3、掌握軟件設(shè)計(jì)的基本方法和界面組態(tài)軟件的使用。
主要
參考
文獻(xiàn)
（指導(dǎo)教師提供有關(guān)參考資料、工具書(shū)、期刊論文等）
1、PLC編程及應(yīng)用
2、S7-200用戶手冊(cè)
3、BUILT 500用戶手冊(cè)；
4、氣動(dòng)與液壓傳動(dòng)
5、siemens 網(wǎng)站
6．E-VIEW網(wǎng)站
主要
儀器
設(shè)備
（根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目情況需要填寫）
1、計(jì)算機(jī)一臺(tái)
2、E-VIEW 屏
3、S7-200 一套
4、氣動(dòng)機(jī)械手一套
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始日期
2008-2-24
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成日期
2008-6-20
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃（起止時(shí)間、工作內(nèi)容）
（指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的進(jìn)度計(jì)劃提出要求,至少詳細(xì)到前期、中期和答辯階段）
1～3周，按照調(diào)研提綱完成調(diào)研，寫出調(diào)研報(bào)告；
4周，擬出設(shè)計(jì)方案，完成開(kāi)題報(bào)告；
5～７周，擬訂軟件方案、界面與程序通訊框架，完成控制功能初步設(shè)計(jì)；
８～10周，完成控制功能和界面詳細(xì)工程設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
11～12周，完成氣路和結(jié)構(gòu)圖紙的草圖設(shè)計(jì)；
13～14周，完成裝配圖的設(shè)計(jì)；
15～16周，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。
指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日
督導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日
院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見(jiàn)：
組長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日
4
北京信息科技大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目: 氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，
人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)
學(xué) 院: 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(機(jī)電方向)
學(xué)生姓名: 袁航 班 級(jí)/學(xué) 號(hào) 機(jī)0405-20
指導(dǎo)老師/督導(dǎo)老師: 李 啟 光
起止時(shí)間: 2008年2月24 至 2008年6月9日
氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)
開(kāi)題報(bào)告
班級(jí)（學(xué)號(hào)）機(jī)0405-20 姓名 袁航
指導(dǎo)老師 李啟光
一、 綜述
1、工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
2、機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。
①執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。
手部：即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)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:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。
手腕：是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))
手臂：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。
立柱：立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。
行走機(jī)構(gòu)：當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。
機(jī)座：機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。
②驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，
并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
③控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
④位置檢測(cè)裝置
控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.
3、機(jī)械手的分類
工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。
①按用途分：機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:
專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和‘叻口工中心”
通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。
②按驅(qū)動(dòng)方式分
液壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。
氣壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。
機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。
電力傳動(dòng)機(jī)械手：即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。
③按控制方式分
點(diǎn)位控制：它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。
連續(xù)軌跡控制：它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
4、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì):
①工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的65萬(wàn)美元。
②機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。
③工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
④機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
⑤虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。
⑥當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。
⑦機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。
二、 研究?jī)?nèi)容
1、進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)械手的總體研究，并進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手伸縮行程10CM，升降行程5CM，旋轉(zhuǎn)180度；抓握零件直徑?5~ ?20，最大重量0.5KG 。圖2-1為氣路簡(jiǎn)易示意圖：
臂伸縮滑動(dòng)單元
V1a
V1b
V1
圖2-1氣路簡(jiǎn)易示意圖
2、設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手氣路設(shè)計(jì)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；
3、對(duì)現(xiàn)有資料和儀器進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械回轉(zhuǎn)臂部分結(jié)構(gòu)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
4、人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。人工對(duì)機(jī)械手進(jìn)行移動(dòng)，PLC進(jìn)行儲(chǔ)存，并在結(jié)束后進(jìn)行自動(dòng)重復(fù)演示。
三、 實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)
通過(guò)前期調(diào)研得知，我所研究的工作主要在WQK-3電子氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。WQK-III電子氣動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，精選國(guó)外工程用優(yōu)良元器件，集控制、檢測(cè)、執(zhí)行等技術(shù)于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)由PLC模塊和機(jī)器人模塊構(gòu)成；PLC模塊由西門子S7-200（CPU224 CN）、人機(jī)界面MT508TCN及輸出輸入接口板組成；機(jī)器人模塊由3自由度的電子氣動(dòng)操作機(jī)、FRL單元及相應(yīng)的輸入輸出接口板組成。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)，初步需要解決的是氣動(dòng)機(jī)械手的總體研究，即整體運(yùn)動(dòng)方式、整體氣路的的設(shè)計(jì)研究、回轉(zhuǎn)臂部分結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，機(jī)械手的回轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)可采用旋轉(zhuǎn)氣缸,安裝在上下方向?qū)U氣缸上,做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。選用氣壓轉(zhuǎn)角缸,旋轉(zhuǎn)角度最大為180°,缸徑為60 mm ,雙齒條機(jī)構(gòu),角度可任意調(diào)整,可附加感性開(kāi)關(guān)。圖3-1為三自由度機(jī)械手簡(jiǎn)易示意圖
圖3-1三自由度機(jī)械手簡(jiǎn)易示意圖
通過(guò)對(duì)機(jī)械手氣動(dòng)回路觀察得出：此氣動(dòng)機(jī)械手共有8條控制氣路，分別為1、2、3、4、5、6、7、8，沒(méi)兩個(gè)構(gòu)成一組，每組控制一自由度的動(dòng)作。
其中，1、2號(hào)氣路控制機(jī)械手的伸縮
3、4號(hào)氣路控制機(jī)械手的升降
5、6號(hào)氣路控制機(jī)械手的回轉(zhuǎn)
7、8號(hào)氣路控制機(jī)械手手部的加緊與松開(kāi)
由于該試驗(yàn)裝置的氣路選用的是雙向四通閥，它所控制的機(jī)械手在非極限位置無(wú)法進(jìn)行停留，故設(shè)計(jì)方案需選用點(diǎn)位控制。圖3-2為機(jī)械手的氣動(dòng)原理圖、3-3為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的氣路圖：
圖3-2機(jī)械手的氣動(dòng)原理圖
V1a V1b
V2a V2b
V3a V3b
V1
V2
V3
V4
3-3機(jī)械手運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的氣路圖
通過(guò)這些初步的工作，更直觀、具體的了解氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)以及工作方式。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究的問(wèn)題是人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教部分控制軟件設(shè)計(jì)與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
這項(xiàng)工作的意義在于通過(guò)人工移動(dòng)機(jī)械手，使電腦能夠自動(dòng)記錄下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程并進(jìn)行重復(fù)。這樣可以方便的讓不了解相關(guān)編程知識(shí)的人可以更加方便、快捷的對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操作，以達(dá)到工作需要。
此過(guò)程需要通過(guò)機(jī)械手各個(gè)移動(dòng)部件上的行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)行程開(kāi)關(guān)的“0”、“1”狀態(tài)的改變來(lái)體現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程?？刂贫酥灰涗浵逻@些改變就可以完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在人工移動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
該重點(diǎn)研究問(wèn)題需要使用PLC（SIEMENS S7-200）進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)的控制，而控制的關(guān)鍵是如何將人工移動(dòng)機(jī)械手的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存以及將儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后再次重復(fù)，在儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)整合問(wèn)題上需做更深一步研究。另外，還將使用到E-VIEW（EB500開(kāi)發(fā)軟件）人機(jī)界面軟件，該軟件在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來(lái)處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息，通過(guò)它使操作以及演示更加直觀、便捷。圖3-4為E-VIEW操作界面以及EB500主界面。
圖3-4 E-VIEW操作界面以及EB500主界面
四、 對(duì)進(jìn)度的具體安排
第1至第3周： 按照調(diào)研提綱完成調(diào)研，寫出調(diào)研報(bào)告；
第4周： 擬出設(shè)計(jì)方案，完成開(kāi)題報(bào)告；
第5至第７周： 擬訂軟件方案、界面與程序通訊框架，完成控制功能初步設(shè)計(jì)；
第８至第10周： 完成控制功能和界面詳細(xì)工程設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
第11至第12周: 完成氣路和結(jié)構(gòu)圖紙的草圖設(shè)計(jì)；
第13至第14周: 完成裝配圖的設(shè)計(jì)；
第15至第16周: 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。
五、 參考文獻(xiàn)
1、PLC編程及應(yīng)用
2、S7-200用戶手冊(cè)
3、BUILT 500用戶手冊(cè)；
4、氣動(dòng)與液壓傳動(dòng)
5、siemens 網(wǎng)站
6．E-VIEW網(wǎng)站
指導(dǎo)教師： 年 月 日
督導(dǎo)教師： 年 月 日
領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見(jiàn)
審查人簽字： 年 月 日
摘 要
本文簡(jiǎn)要介紹了機(jī)器人的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。
本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，計(jì)算并設(shè)計(jì)出了回轉(zhuǎn)氣缸、伸縮手臂的機(jī)械機(jī)構(gòu)。
設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，對(duì)氣壓系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。
利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，設(shè)計(jì)出了人工移動(dòng)式（無(wú)動(dòng)力）點(diǎn)位示教控制軟件，并畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。
關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；機(jī)械手；氣動(dòng)；可編程序控制器（PLC）；
Abstract
At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dary 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 trapezia chart . What’s more , the paper workout the control program of the PLC ,
Keywork: industrial robot；manipulator；pump；air pressure drive；PLC
目 錄
摘要（中文）.........................................................Ⅰ
（英文）.........................................................Ⅱ
第一章 緒論
1.1機(jī)械手概述.......................................................1
1.2機(jī)械手的組成和分類...............................................1
1.2.1機(jī)械手的組成...............................................1
1.2.2機(jī)械手的分類...............................................3
1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r...................................................4
1.4課題的提出及主要任務(wù).............................................5
1.4.1課題的提出.................................................5
1.4.2課題的主要任務(wù).............................................6
第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案
2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度........................................7
2.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)........................................8
2.3機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)........................................8
2.4機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)........................................8
2.5機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)............................................8
2.6機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)............................................8
2.7機(jī)械手的主要參數(shù)................................................9
2.8機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表............................................9
第三章 手臂伸縮，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核
3.1手臂伸縮部分尺寸設(shè)計(jì)與校核......................................11
3.1.1手臂伸縮部分方案一的尺寸設(shè)計(jì)與校核........................11
3.1.2手臂伸縮部分方案二的尺寸設(shè)計(jì)與校核........................11
3.1.3導(dǎo)向裝置..................................................14
3.1.4平衡裝置..................................................14
3.2手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計(jì)與校核......................................14
3.2.1尺寸設(shè)計(jì)..................................................14
3.2.2尺寸校核..................................................14
第四章 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)..................................................16
第五章 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)
5.1可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程..................................18
5.1.1可編程序控制器的選擇......................................18
5.1.2可編程序控制器的工作過(guò)程..................................20
5.2 S7-200的擴(kuò)展模塊...............................................21
5.2.1數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊........................................21
5.2.2模擬量擴(kuò)展模塊............................................22
5.2.3通信模塊..................................................22
5.2.4功能模塊..................................................23
5.3 PLC程序的實(shí)現(xiàn)..................................................23
5.4 本程序設(shè)計(jì)思路.................................................24
第六章 上位界面的設(shè)計(jì)...............................................27
第七章 結(jié)論...........................................................31
結(jié)束語(yǔ).................................................................32
參考文獻(xiàn)...............................................................33
IV
主程序
Network 1
LD M12.0
CALL SBR1
Network 2
LD I0.0
ED
R V5000.0, 1
S V5000.1, 1
Network 3
LD I0.1
ED
R V5000.1, 1
S V5000.0, 1
Network 4
LD I0.2
ED
R V5000.4, 1
S V5000.2, 1
Network 5
LD I0.3
ED
R V5000.2, 1
S V5000.4, 1
Network 6
LD I0.4
ED
R V5000.5, 1
S V5000.6, 1
Network 7
LD I0.5
ED
R V5000.6, 1
S V5000.5, 1
Network 8
LD I0.6
ED
R V5001.0, 1
S V5000.7, 1
Network 9
LD I0.7
ED
R V5000.7, 1
S V5001.0, 1
Network 10
LD M12.1
AN M15.1
AN M12.2
CALL SBR2
Network 11
LD M12.2
CALL SBR0
在現(xiàn)子程序
Network 1
LD M10.2
EU
MOVW 0, VW4020
MOVD &VB4100, VD4022
MOVD VD4006, VD4026
Network 2
LD T42
EU
LD M10.2
EU
OLD
BMB *VD4022, VB4030, 3
MOVB VB4030, QB0
MOVW VW4031, VW4033
+D 3, VD4022
DECD VD4026
Network 3
LD M10.2
AN T42
AD>= VD4026, 0
TON T42, VW4033
Network 4
LDD= VD4026, 0
R M10.2, 1
初始化
Network 1
LD M12.0
O M11.0
AN M10.2
AN I0.1
= M11.0
= Q0.1
Network 2
LD M12.0
O M11.1
AN M10.2
AN I0.2
= M11.1
= Q0.4
Network 3
LD M12.0
O M11.2
AN I0.7
= M11.2
R Q0.7, 1
Network 4
LD M12.0
O M11.3
AN M10.2
AN I0.5
= M11.3
= Q0.6
存儲(chǔ)程序
Network 1
LD M10.0
EU
MOVD &VB4100, VD4040
MOVW 0, VW4004
MOVD 0, VD4006
Network 2
LD V5000.0
EU
LD V5000.1
EU
OLD
LD V5000.2
EU
OLD
LD V5000.4
EU
OLD
LD V5000.5
EU
OLD
LD V5000.6
EU
OLD
LD V5000.7
EU
OLD
= M15.0
Network 3
LD M15.0
EU
MOVB VB5000, VB4000
MOVW T41, VW4001
-I VW4010, VW4001
MOVW T41, VW4010
BMB VB4000, *VD4040, 3
+D 3, VD4040
INCD VD4006
Network 4
LD M10.0
TON T41, 30000
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