基于PLC控制的三自由度氣動機械手設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 班 級： 姓 名 ： 學 院： 專 業(yè)： 題 目： 基于 指導教師： 職稱 : 職稱 : 20**年 **月 **日 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 任務書 課題 來源 企業(yè)需求 課題 的 目的 、 意義 在工業(yè)生產線中，機械手臂具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂 代替 了 人工的 繁雜 勞動 ，并且操作精度高，提高了產品質量和 生產效率 。 要 求 1、文獻綜述 （ 1）氣動式機械手臂用途及原理 （ 2）國內外研究狀況及發(fā)展趨勢 2、文獻翻譯（外文文獻翻譯原文≥ 2萬字符） 3、結構設計 4、三自由度氣動式機械 手臂的 5、裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制及相關控制程序的編寫 課 題 主 要 內 容 及 進 度 工 作 內 容 日 期 完成開題報告及資料翻譯 定結構方案 氣控制部分方案設計與編程 紙繪制 寫畢業(yè)論文 辯準備及答辯 上各項由指導教師填寫（請用鋼筆填寫） 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 開題報告 一 、課題的來源、目的、意義，國內外基本情況 ●課題的來源： 本課題來源于企業(yè)需求。 ●課題的目的、意義 : 在工業(yè)生產線中，機械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產品質量和生產效率。 ● 國內外研究狀況及發(fā)展趨勢 ： 近 20年來 , 氣動技術的應用領域迅速拓寬 , 尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合 , 使整個系統(tǒng)自動化程度更高 , 控制方式 更靈活 , 性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發(fā)展 , 對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入 , 促進了電氣比例伺服技術的發(fā)展 , 現代控制理論的發(fā)展 , 使氣動技術從開關控制進入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30 多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀 70年代 , 液壓與氣動元件的產值比約為 9∶ 1, 而 30 多年后的今天 , 在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本等國家 , 該比例已 達到 6∶ 4, 甚至接近 5 ∶ 5。我國的氣動行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從 20世紀 80年代中期開始 , 氣動元件產值的年遞增率達 20%以上 , 高于中國機械工業(yè)產值平均年遞增率。隨著微電子技術、 算機技術、傳感技術和現代控制技術的發(fā)展與應用 , 氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。 Ⅰ 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不 污染環(huán)境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優(yōu)點。所以 , 氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 Ⅱ a)重復高精度 精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度 , 它與驅動器的分辨率以及反饋裝置有關。重復精度是指如果動作重復多次 , 機械手到達同樣位置的精確程度。重復精度比精度更重要 , 如果一個機器人定位不夠精確 , 通常會顯示一個固定的誤差 , 這個誤差是可以預測的 , 因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是一個 隨機誤差的范圍 , 它通過一定次數地重復運行機器人來測定。隨著微電子技術和現代控制技術的發(fā)展 , 以 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 及氣動伺服技術走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復精度將越來越高 , 它的應用領域也將更廣闊 , 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 b)模塊化 有的公司把帶有系列導向驅動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術 , 而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現代傳輸技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統(tǒng)裝置 , 使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅動部件采用了特 殊設計的滾珠軸承 , 使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能 , 擴大了機械手的應用范圍 , 是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。 c)無給油化 為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求 , 不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經問世。隨著材料技術的進步 , 新型材料 (如燒結金屬石墨材料 ) 的出現 , 構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件 , 不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境 , 而且系統(tǒng)簡單 、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 d)機電氣一體化 由“可編程序控制器 - 傳感器 - 氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術的重要方面 ;發(fā)展與電子技術相結合的自適應控制氣動元件 , 使氣動技術從“開關控制”進入到高精度的“反饋控制” ; 省配線的復合集成系統(tǒng) , 不僅減少配線、配管和元件 , 而且拆裝簡單 , 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今 , 電磁閥的線圈功率越來越小 , 而 由 動機械手、氣動控制越來越離不開 而閥技術的發(fā)展 , 又使 、氣動控制中變得更加得心應手。 氣動技術經歷了一個漫長的發(fā)展過程 , 隨著氣動伺服技術走出實驗室 , 氣動技術及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚 , 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大 , 我國自主研制的許多氣動機械手已經在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現代控制理論的應用 , 為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質技術基礎。由于氣動機械手有結構 簡單、易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點 , 可以預見 , 在不久的將來 , 氣動機械手將越來越廣泛地進入工業(yè)、航空、醫(yī)療、生活等領域。 二、 預計達到的目標、關鍵理論和技術、完成課題的方案和主要措施 1．預計達到的目標： 采用氣動裝置 的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。主要完成的是氣動式機械手臂的結構方面設計，以及用 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 進行簡單的控制編程設計。 機械手具有三個自由度：上下一個，旋轉一個，手指的開閉一個。上下是 10后是 25轉是 90度，手抓開合是 60度。工件尺寸大約在 2 2．關鍵理論和技術： 運用機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在 用氣壓傳動方式，來實現執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較， 然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。（如下圖所示） 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖 運用到所學知識有機械設計理論，液壓傳動技術，電液控制技術， 工電子技術，液壓系統(tǒng)設計原理等。 3．完成課題具體方案措施如下： （ 1）、 機械手各執(zhí)行機構設計 ，包括：末端執(zhí)行器、手臂、手腕及基座的設計 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 設計參數： 1. 機械手最大抓重 : 1. 工件尺寸： 直徑約 2. 自由度數 : 3個自由度 4. 坐標型式 : 圓柱坐標 5. 手指開合角度： 60°（最大速度 : 60度每秒） 6. 支座旋轉角度 : 90°（最大速度 : 90度每秒） 7. 手臂運動參數 伸縮行程： 100縮速度： 100mm/s 升降行程： 200降速度： 100mm/s 8. 機械手（重復）定位精度： （ 2）、驅動系統(tǒng)的設計 本課題上下 、 旋轉和手爪開合三個自由度選擇氣壓傳動系統(tǒng)驅動，包括氣動元器件的選取，氣 動回路的設計，并繪出氣動原理圖。 （ 3）、設計控制部分 本機械手采用可編程序控制器 (機械手進行控制，本課題將要選取 初定三菱的 ，根據機械手的工作流程編制出 畫出梯形圖。預定工作流程如圖所示。 （ 4）、圖紙繪制。 裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制。 三、課題進展計劃 日期 工作內容 成開題報告及資料翻譯 確定結構方案 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 氣控制部分方案設計與編程 紙繪制 寫畢業(yè)論文 辯準備及答辯 四、主要參考文獻 [1]吳振彪 武漢：華中理工大學出版社， 1997 [2]郭洪紅 西安：西安電子科技大學出版社， 3]王天然 北京：化學工業(yè)出版社， 2002 [4]白井良明 [日 ]北京：科學出版社， 2001 [5]大熊繁 [日 ]北京：科學出版社， 2002 [6]陸鑫盛，周洪 設計 [M]?？茖W技術文獻出版社，7]國 )有限公司 第二版 械工業(yè)出版社， 8]鄭洪生 二版 [M]械工業(yè)出版社， 1992 [9]林文坡 M]安交通大學出版社， 1992 [10]成大先 第五卷 M]. 北京：化學工業(yè)出版社， 2002 [11]機械設計手冊編委會 氣壓傳動與控制 械工業(yè)出版社，12]氣動工程手冊編委會 工程手冊 [M]防工業(yè)出版社， 1995 [13]王積偉，章宏甲，黃誼 第二版 械工業(yè)出版社， 2005 [14]吳宗澤，羅圣國．機械設計課程設計手冊 等教育出版社， 15]何銘新，錢可強．機械制圖．北京：高等教育出版社， 2004． 1 [16]張建明等 第二版 京理工大學出版社， 17]王信義 第二版 械工業(yè)出版社， 2000 [18]張建民 北京：國防工業(yè)出版社， 1992 [19]高鐘毓 北京：清華大學出版社， 1994 [20]鐘福金，吳曉梅 M]南大學出版社， 2003 [21]李建興 北京：機械工業(yè)出版社， 22] on of ]. 998 [23]i of a _]of ]001 [24]]. 000 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 摘 要 在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應用，大大地改善了工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產率，加快了實現工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。 本文通過對機械手的組成和分類，及國內外的發(fā)展狀況的了解，對本課題任務進行了總體方案設計。確定了機械手用三自由度和圓柱坐標型式。設計了機械手的夾持式手部結構；以及設計了機械手的總體結構，以實現機械手伸縮，升降，回轉三個自由度及手爪的開合。驅動方式由氣缸來實現手臂伸縮和升降，異步電機來實現機械手的旋轉。 運用了 列可編程序控制器（ 上下料機械手進行控制 , 論述了 電氣控制系統(tǒng)的硬件設計 , 控制軟件結構以及手動控制程序和自動控制程序的設計。 關鍵詞： 機械手，氣缸， 可編程序控制器 充值后就可以下載此設計說明書。全套資料包含有相應的 帶：任務書、開題報告、外文翻譯）和 計 14張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加 1： 1459919609或2： 1969043202， 需要其他設計題目直接聯(lián)系?。?！ 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 n so of of to s s on to s As as s to s by s of by of LC of of 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 目 錄 1 緒言 械手的概述 .............................................................................................................. 1 國機械手的發(fā)展 ...................................................................................................... 1 動機械手的應用現狀及發(fā)展前景 .......................................................................... 3 課題設計要求 .......................................................................................................... 5 2 機械手的總體設計方案 械手的系統(tǒng)工作原理 及組成 .................................................................................. 7 械手基本形式的選擇 .............................................................................................. 8 動機構的選擇 .......................................................................................................... 9 械手的技術參數列表 .............................................................................................. 9 3 機械手的機械系統(tǒng)設計 1 械手的運動概述 .................................................................................................... 11 器人的運動過程分析 ............................................................................................ 12 4 機械手手部結構設計及計算 3 部結構 .................................................................................................................... 13 部結構設計及計算 ................................................................................................ 14 緊氣缸的設計 ........................................................................................................ 16 5 機械手手臂機構的設計 2 臂的設計要求 ........................................................................................................ 22 縮氣壓缸的設計 .................................................................................................... 22 向裝置 .................................................................................................................... 27 6 機械手腰部和基座結構設計及計算 9 構設計 .................................................................................................................... 29 制手臂上下移動的腰部氣缸的設計 .................................................................... 29 向裝置 .................................................................................................................... 33 衡裝置 .................................................................................................................... 33 座結構設計 ............................................................................................................ 34 7 氣動系統(tǒng)設計 7 壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 ........................................................................................ 37 購買設計文檔后加 購買設計文檔后加 8 機械手的 9 編程序控制器的選擇及工作過程 ........................................................................ 39 編程序控制器的使用步驟 .................................................................................... 40 械手可編程序控制器控制方案 ............................................................................ 40 9 結論 2 參考文獻 3 致謝 4 基于 1 購買設計文檔后加 1 緒言 在工業(yè)生產線中，機械手具 有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產品質量和生產效率。 械手的概述 機械手 （又稱 機器人 ，機械人，英文名稱： 在人類科技發(fā)展史上其來有自。早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結晶。隨著近代的工業(yè)革命，機器產業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學幻想所系的 “ 永動機 ” 、太空探險以及夢想解決人的機能所無法達致境界的求新意念，推動科 學家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機械。上世紀六、七十年代的自動化機器、無人操縱的飛行器等等，即是此產業(yè)發(fā)展鏈條上的一個大膽的嘗試與突破。雖然，后來電腦、電子產業(yè)的發(fā)達引開了人們關注的熱點，但關于機械 手 的研究與開發(fā)一直在持續(xù)進行著。而近二十年中，因為電腦技術、電子產品及生物遺傳工程等技術的大踏步發(fā)展， “ 機械 手 ” 的研發(fā)熱潮已從專業(yè)人士的實驗室中走了出來，成為一種綜合科研能力的開發(fā)活動，參與者也打破了各行各業(yè)的劃地為牢、各自為政的困局，開始了縱橫連合，爭奇斗妍，蔚成熱潮的研究與制作嘗試。 機械手 的研究從一開始就是 擬人化的，所以才有機械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來， 機械手 的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領域，應用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開發(fā)，月球車，深海探測器，海洋石油開采，航天飛機機械臂等，小至微型手術機械，生命監(jiān)測儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈器、清除地雷器到無人駕駛飛機、戰(zhàn)車，有人甚至預測未來戰(zhàn)爭可能如星球大戰(zhàn)一樣，是機械手的戰(zhàn)爭。至于工業(yè)、農業(yè)、遺傳生物產業(yè)、醫(yī)學、文化產業(yè)、電訊業(yè)、能源開發(fā)，都將因機械手的大量登場而出現產業(yè)革命。英 國電訊公司未來學部門研究員曾因準確預測手機短訊、垃圾電郵及網上搜尋引擎的出現而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預測中，其中就有數條是關于機械手的 [1]。 國機械手的發(fā)展 第一臺機械手出現后 20年，我國于 1972年開始研制 機械手 ，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、結合式、液壓伺服型同用機械手，并開始了機構學（包括步行機構）、計算機控制和應用技術的研究，這些機械手大約有 1/3用于生產。 基于 2 購買設計文檔后加 在該技術的推動下，隨著改革開放方針的實施，我國 機械手 技術的發(fā)展 得到政府的重視和支持，在 80年代中期，國家組織了對工業(yè)機械手的需求的行業(yè)的調研，結果表明，對第二代工業(yè)機械手的需求主要集中于汽車行業(yè)（占總需要的 60%～ 70%）。在眾多的專家的建議和規(guī)劃下，于 “ 七五 ” 期間，由機電部主持，中央各部委，中科院及地方十幾所科研院所和大學參加，國家投入相當的資金，進行了工業(yè)機械手基礎技術，基礎元器件，幾類工業(yè)機械手整機及應用工程的開發(fā)研究，完成了示教再現式工業(yè)機械手成套技術（包括機械手、控制系統(tǒng)、驅動傳動單元、測試系統(tǒng)的設計、制造、應用和小批量生產的工藝技術等）的開發(fā)，研制出噴涂、 弧焊、點焊和搬運等作業(yè)機械手整機，幾類專用和通用控制系統(tǒng)及幾類關鍵元部件如交、直流伺服馬達驅動單元機械手專用薄壁軸承、諧波傳動系統(tǒng)、焊接電源和變壓器等，并在生產中經過實用考核，其主要性能指標達到 80年代初國際同類產品的水平，且形成小批量生產能力。在應用方面，在第二汽車廠建立的我國第一條采用國產機械手的生產線－東風系列駕駛室多品種混流機械手噴涂生產線，該線由 7臺國產 運行十年，完成噴涂 20萬輛東風系列駕駛室的生產任務，成為國產機械手應用的一個窗口；此外，還 建立了幾個弧焊和點焊機械手工作站。與此同時，還研制了幾種 進行了試應用。在基礎技術研究方面，解剖了國外 10余種先進的機型，并進行了機構學，控制編程，驅動傳動方式，檢測等基礎理論與技術的系統(tǒng)研究。開發(fā)出具有國際先進水平的測量系統(tǒng)，編制了我國工業(yè)機械手標準體系和 12項國標，行標。 為了跟蹤國外高技術， 80年代在國家高技術計劃中，安排了智能機械手的研究開發(fā)，包括水下無纜機械手，高功能裝配機械手（ 各類特種機械手，進行了智能機械手體系結構，機構控制，人工智能機器視覺，高性能傳感 器及新材料的應用研究已取得一批成果。這些技術的實用化將加速我國第二代機械手的發(fā)展 [2]。 經過 80年代尤其是后 50年的努力，吸引了 160多個單位從事機械手及其相關技術的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機械手技術地區(qū)和十幾家優(yōu)勢單位，培養(yǎng)了一支 2000多人的工業(yè)機械手設計、研制、應用隊伍，造就了一批機械手專家，使我國的工業(yè)機械手技術發(fā)展基本上可以立足于國內。 90年代初期，我國主要開發(fā)下列機械手： （ 1） 噴涂機械手 （ 2） 焊接機械手 （ 3） 搬運機械手 （ 4） 裝配機械手 在 90年代中期，國家已選擇以焊接 機械手的工程應用為重點進行開發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機械手應用工程成套開發(fā)技術、關鍵設備制造、工程配套、現場運行等技術，即以機械手焊接工藝為龍頭，開展焊裝線總體設計、線體總控及多機通訊，新型焊接機基于 3 購買設計文檔后加 械手用焊接電源、送絲機構、焊縫跟蹤系統(tǒng)、機電精度、控制技術等開發(fā)及完善化，以及幾條焊裝生產線的全套應用及其可 行 性作為主攻目標。 雖然 我國的機械手研發(fā)工作基本上屬于科學研究的項目， 但 據說，中國科學院目前已造出說話時嘴唇能夠活動、眼睛能轉動、具視覺功能的機械手，其水準可媲美日本同行，但這臺機械手體形甚大，卻未能以雙腳走 路。在日本，機械手能否以二腳行走已成為一個熱門及熟練的技術競賽項目，譬如有 “ 二足機械人競賽大會 ” （分等級）。其實，機械手的制作絕對并非只是液壓機械與電子產品的混成物，要將機械手造得越來越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學、傳感、光學及創(chuàng)造性的文化產業(yè)等方面，比如機械手的關節(jié)就需要研究中醫(yī)的經絡學、生物學上的神經刺激反應以及文化產品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國的科學家甚至預言，到 2020年，隨著機械手愈來愈精密和使用有機零件制造，它們將會受到 “ 機械手權 ” 的保護 。 動機械手的應用現 狀及發(fā)展前景 近 20年來 , 氣動技術的應用領域迅速拓寬 , 尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合 , 使整個系統(tǒng)自動化程度更高 , 控制方式更靈活 , 性能更加可靠； 氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發(fā)展 , 對氣動技術提出了更多更高的要求 ; 微電子技術的引入 , 促進了電氣比例伺服技術的發(fā)展 , 現代控制理論的發(fā)展 , 使氣動技術從開關控制進入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高 ; 由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行 業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀 70年代 , 液壓與氣動元件的產值比約為 9∶ 1, 而 30多年后的今天 , 在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本等國家 , 該比例已達到 6∶ 4, 甚至接近 5∶ 5。我國的氣動行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從20世紀 80年代中期開始 , 氣動元件產值的年遞增率達 20%以上 , 高于中國機械工業(yè)產值平均年遞增率。隨著微電子技術、 算機技術、傳感技術和現代控制技術的發(fā)展與應用 , 氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。 動技術及氣動機械手的發(fā)展過 程 氣動技術是以空氣壓縮機為動力源 , 以壓縮空氣為工作介質 , 進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術 ,是實現各種生產控制、自動控制的重要手段之一。 大約開始于 1776年 , 個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年 , 人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置 , 將它成功地用到火車的制動上。 20世紀 30年代初 , 氣動技術成功地應用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。至 50年代初 , 大多數氣壓元件從液壓元件改造或演變過來 , 體積很大。 60年代，開始構成工業(yè)控制系統(tǒng) , 自成體系 , 不再與 風動技術相提并論。在 70年代 , 由于氣動技術與電子技術的基于 4 購買設計文檔后加 結合應用 , 在自動化控制領域得到廣泛的推廣。 80年代進入氣動集成化、微型化的時代。90年代至今 , 氣動技術突破了傳統(tǒng)的死區(qū) , 經歷著飛躍性的發(fā)展 , 人們克服了閥的物理尺寸局限 , 真空技術日趨完美 , 高精度模塊化氣動機械手問世 , 智能氣動這一概念產生 , 氣動伺服定位技術使氣缸高速下實現任意點自動定位 , 智能閥島十分理想地解決了整個自動生產線的分散與集中控制問題。 氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境 等優(yōu)點而被廣泛應用。 氣動機械手強調模塊化的形式 , 現代傳輸技術的氣動機械手在控制方面采用了先進的閥島技術 (可重復編程等 ) , 氣動伺服系統(tǒng) (可實現任意位置上的精確定位 ) , 在執(zhí)行機構上全部采用模塊化的拼裝結構。 90年代初 , 由布魯塞爾皇家軍事學院 — “阿基里斯”六腳勘探員 , 是氣動技術、 足動物” 6個腳中的每一個腳都有 3個自由度 , 一個直線氣缸把腳提起、放下 , 一個擺動馬達控制腳伸展 /退回運動 , 另一個擺動馬 達則負責圍繞腳的軸心做旋轉之用。 由漢諾威大學材料科學研究院設計的氣動攀墻機械手 , 它集遙感技術和真空技術于一體 , 成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。 能與人親切地握手 ,它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運動 , 并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下 (或通過自身的編程控制 ) 能與人進行對話 , 或作自我介紹等。 動技術和人工智能為一體 , 它告訴我們 , 氣動技術能夠實現機械手中最難解決的靈活的自由度 , 具有在足夠工作空間的適應性 、高精度和快速靈敏的反應能力。 動機械手的應用現狀 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優(yōu)點。所以 , 氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 現代汽車制造工廠的生產線 , 尤其是主要工藝的焊接生產線 , 大多采用了氣動機械手。 車身在每個工序的移動； 車身外殼被真空吸盤吸起和放下 , 在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊 , 都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個工序過程的高度自動化 , 堪稱是最有代表性的氣動機械手應用之一。 在彩電、冰箱等家用電器產品的裝配生產線上 ,在半導體芯片、印刷電路等各種電基于 5 購買設計文檔后加 子產品的裝配流水線上 , 不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪 , 還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住 , 運送到指定目標位置。 對加速度限制十分嚴格的芯片搬運系統(tǒng) , 采用了平穩(wěn)加速的 動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝； 用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手 , 牛奶盒裝箱氣動機械手等。 此外 , 氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應用于制藥與醫(yī)療器械上。如 : 氣動自動調節(jié)病床 ,機械手 ,外科手術機械手等 [3]。 展前景及方向 （ 1）重復高精度 （ 2）模塊化 （ 3）無給油化 （ 4）機電氣一體化 氣動技術經歷了一 個漫長的發(fā)展過程 , 隨著氣動伺服技術走出實驗室 , 氣動技術及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚 , 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大 , 我國自主研制的許多氣動機械手已經在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現代控制理論的應用 , 為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質技術基礎。由于氣動機械手有結構簡單、易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的 動作等諸多獨特的優(yōu)點 , 可以預見 , 在不久的將來 , 氣動機械手將越來越廣泛地進入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領域。 課題設計要求 本課題將要完成的主要任務如下 : （ 1）機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面相對較廣。 （ 2）選取機械手的座標型式和自由度。 （ 3）設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括 :手部、手臂等部件的設計。 為了使通用性更強，手部設計成可更換結構，不僅可以應用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時候還可以用氣流負壓式吸盤來吸取板料工件。 （ 4）氣壓傳動系統(tǒng)的設計 本課題將設計出機械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設計，并繪出氣動原理圖。 （ 5）機械手的控制系統(tǒng)的設計 基于 6 購買設計文檔后加 本機械手擬采用可編程序控制器 (機械手進行控制，本課題將要選取 據機械手的工作流程編制出 畫出梯形圖 基于 7 購買設計文檔后加 2 機械手的總體設計方案 械手的系統(tǒng)工作原理及組成 機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在 用氣壓傳動方式，來實現執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要 求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的要求達到設定位置 [4]。 （一）執(zhí)行機構 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。 （ 1）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構。夾持式手部由 手指 (或手爪 )和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型?；剞D型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，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。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內孔 )和物件的重量及尺寸。而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有 :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。 （ 2）手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等 )與驅動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現手臂的各種運動。 （ 3）立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 （ 4）機座 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機 構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用 [6]。 基于 8 購買設計文檔后加 （二）驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的。它由動力裝置、調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動 [5]。 （三）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。該機械手采用的是 支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控 制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 （四）位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置 . 械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據手臂的動作形態(tài) ,按坐標形式大致可以分為以下 4種，如圖2 (1)直角坐標型機械手； (2)圓柱坐標型機械手； ( 3)球坐標 (極