气压驱动式四自由度教学仿真机械手的设计.docVIP

目 录 摘要 - 1 - 1 机械手的基础知识 - 1 - 1.1 气动机械手概述 - 1 - 1.2 机械手的组成 - 1 - 1.3 机械手的工作原理 - 2 - 2 机械手的机构设计 - 2 - 2.1 气压机械手的示意图 - 2 - 2.2 机械手自由度的定义 - 3 - 2.3 机械手气缸的分析 - 3 - 2.4 机械手爪子的选择 - 4 - 2.5 机械手手臂的具体设计方案 - 5 - 2.5.1 手臂的伸缩设计 - 6 - 2.5.2 手臂的升降设计 - 7 - 2.5.3 回转臂的回转设计 - 8 - 3 气压回路设计 - 10 - 4 机械手的PLC控制设计 - 10 - 4.1 PLC的概述 - 10 - 4.2 PLC梯形图的程序设计 - 11 - 4.2.1 PLC机械手的流程图 - 11 - 4.2.2 PLC机械手的梯形图 - 12 - 致谢 - 14 - 参考文献 - 15 - 气压驱动式四自由度教学仿真机械手设计 机电工程学院机械制造与自动化专业 摘要:本毕业设计的是气压驱动式四自由度教学型仿真机械手，主要包括机械手的总体方案设计、机械手的机械结构设计以及驱动，控制系统设计等，实现了机械手的手臂四自由度运动：手臂的升降、伸缩和回转、手臂的夹紧，设计中分析了教学型机械手的功能要求和实现意义，通过气压缸来实现手臂的升降和伸缩，采用回转气压缸来实现机械手的回转，设计的机械手结构简单，便于操作，在PLC的控制下完成预期的动作，能给学生以直观的印象，达到教学演示的目的。 关键词: 机械手 教学型 四自由度 PLC 1 机械手的基础知识 1.1 气动机械手概述 气动机械手由操作机(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设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。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。 1.2 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1所示。 图1 机械手组成方框图 1.3 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件发生规定要求的，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，当有动作出现错误的时候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。 2 机械手的机构设计 2.1 气压机械手的示意图 1.机械手夹紧机构 2.机械手伸缩机构 3.机械手升降机构 4.机械手旋转机构 图2 气压驱动式四自由度教学仿真机械手示意图 图3 气压驱动式四自由度教学仿真机械手渲染效果图 2.2 机械手自由度的定义 根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目（亦即为了使机构的位置得以确定，必须给定的独立的广义坐标的数目），称为机构自由度（degree of freedom of mechanism），其数目常以F表示。 本气压驱动式教学仿真机械手，具有四个自由度：手臂的伸缩；机身的回转；机身的升降；手爪的张合。 2.3 机械手气缸的分析 图4 双作用气缸内部结构图 图4 双作用气缸简化图 本设计的机械手主要是由3个大部件和3个气压缸组成：（1)手部，采用一个气爪，通过机构的运动来实现手爪的张合。（2）臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。（3)机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂的升降和回转。 2.4 机械手爪子的选择 图5 机械手气爪的示意图 图6 机械手气爪的渲染效果图 由于本设计所采用标准气爪，不需要进行设计，直接选型即可，选择标准支点开闭型气爪。 2.5 机械手手臂的具体设计方案 常见的机械手