目錄摘要.IABSTRACT（英文摘要）.目錄.IV第一章引言.11.1課題的背景和意義.11.2課題國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.2第二章總體方案確定.42.1總體方案論證.42.1.1機械手手臂結(jié)構(gòu)方案設計.42.1.2機械手驅(qū)動方案設計.42.1.3機械手控制方案設計.52.1.4機械手主要參數(shù).52.1.5機械手的技術(shù)參數(shù)列表.6第三章機械手總體結(jié)構(gòu)設計.73.1動作工況與分析.73.2機械手各部分結(jié)構(gòu)設計.83.2.1機械手底座的設計.83.2.2立柱結(jié)構(gòu)的設計.83.2.3軸承的選擇.93.2.4上軸承座的選擇.103.2.5下軸承座的選擇.113.2.6大臂的結(jié)構(gòu)設計.123.2.7小臂的結(jié)構(gòu)設計.123.2.8氣爪的結(jié)構(gòu)設計.123.2.9手部夾緊氣缸設計計算.143.2.10升降氣缸設計計算.183.2.11伸縮氣缸設計計算.223.2.12回轉(zhuǎn)氣缸設計計算.25第四章氣動部分設計.28第五章PLC控制部分設計.305.1電磁鐵動作順序.305.2I/O分配.305.3PLC控制梯形圖.315.4PLC控制程序指令.32結(jié)論.37參考文獻.38致謝及聲明.39摘要近20年來，氣動技術(shù)的應用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)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(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求。本課題設計源于生產(chǎn)線中的搬運站，傳動方式采用氣壓傳動，即用各種氣缸來控制機械手的動作，控制部分結(jié)合可編程控制技術(shù)編寫程序進行控制來實現(xiàn)兩站之間的搬運。機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。本課題中設計的搬運機械手主要有旋轉(zhuǎn)、伸縮、升降、夾緊四個自由度組成。課題從機械部分、氣動部分和控制三部分對氣動機械手進行設計，要求機械手實現(xiàn)上下站之間的搬運功能。機械部分重點是總體結(jié)構(gòu)的設計、各個氣缸的選擇和安裝設計、各零部件的結(jié)構(gòu)設計等，氣動部分主要是給出了搬運機械手的氣動原理圖，而控制部分則主要是程序的設計和調(diào)試，論文采用西門子（S7-200）指令編程，給出了相應的梯形圖、語句表和簡單的流程圖。由于氣動機械手有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點，氣動機械手正在向重復高精度，模塊化，無給油化，機電氣一體化方向發(fā)展。可以預見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：可編程控制器，柔性自動生產(chǎn)線，自由度，梯形圖AbstractOverthepast20years,thefieldofpneumatictechnologyexpandrapidly,whichiswidelyusedinadiversearrayofautomatedproductionlineespecially.Thecombineofelectricalprogrammabletechnologyandpneumaticcontroltechnologymakesthewholesystemahigherdegreeofautomation,moreflexiblecontrolandmorereliableperformance；Therapiddevelopofpneumaticmanipulatorandflexibleautomatedproductionlinesrequiermuchmoretothedevelopmentofpneumatictechnology.Thistopicoriginatedfromthehandlingstationoftheproductionline；Thedriveisusedpressuretransmission,whichusesavarietyofcylindertocontroltherobotsmovementandthecontrolpartscombiningtheprogrammablecontroltechnologymakeaprogrammetoachievethecontrolofthetransportationbetweenthetwoplaces.Manipulatoriscompetedbythreemajorpartsincludinghand,sportsbodiesandcontrolsystem.Taskofhandistoholdtheworkpiece(ortool)ofthecomponents.Accordingtothegraspingobjectsshape,size,weight,materialsandoperatingrequirementsthehandhandsavarietyofstructuralforms,suchasclamptype,ADSholdersandadsorptiontypeandsoon.Tofthegraspingobjectsbyvariesrotating(twisting),movingorcomplexmovementsonhand.Theindependencemovementssuchastheriseandfallofbody,stretchingandrotatingmannerarecalledthefreedegreesofmanipulator.Thehandlingmanipulatorofthetopiccompositesfourfreedegreeswhicharerotation,stretching,liftingandclapingThepneumaticmanipulatordesignisdesidedfromthreepartsinchudingthemechanicalparts,pneumaticpartsandcontrolparts,whichrequirestoachievemechanicalhandupanddownbetweenthehandlingfunction.Focusonthemechanicalpartsarethedesignofoverallstructure,thechoiceofeachcylinderandinstallationdesign,structuraldesignofvariouscomponentsetc；pneumaticpartisgiventhepneumaticmanipulatorhandlingschematics,andthecontrolpartoftheprocedurewasmainlydesignanddebugging,ThepapersuseSiemens(S7-200)instructionsprogram,givingthecorrespondingladderdiagram,statementformsandsimpleflowchart.BecausethepneumaticManipulatorhasadvantagesofsimplestructure,easytoachievethesteplessspeedregulation,easytoachieveoverloadprotection,easytoachieveanumberofcomplexmovements,thepneumaticmanipulatorisdevelopingtotherepeat-high-precision,modular,non-oilandelectricalintegrationdirection.Itisforeseeablethatinthenearfuture,pneumaticmanipulatorwillbecomemoreandmorewidelyusedintotheindustrial,military,aviation,medical,andotherareasoflife.Keywords:PLC,flexibleautomatedproductionlines,freedegree,LadderDiagram引言1.1課題的背景和意義近20年來，氣動技術(shù)的應用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)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(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。通用機械手因具有獨立的控制系統(tǒng)、程序可變、可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線。近年來隨著氣動技術(shù)的迅速發(fā)展，氣動元件及氣動自動化技術(shù)已越來越多地應用于機械手中，構(gòu)成氣動機械手。氣動機械手的全部動作由電磁閥控制的氣缸驅(qū)動。其中,上升、下降和左移、右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制,機械手的放松、夾緊也由雙線圈兩位電磁閥(夾緊電磁閥)控制。機械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成,主要完成移動、轉(zhuǎn)動、抓取等動作。本課題來源于實驗課題，模擬生產(chǎn)線由六站組成，各站可獨立，可容易的連接在一起組成一條自動加工生產(chǎn)線，。該課題要求設計搬運站，搬運機械手將工件從上料檢測站搬至加工站。搬運過程中能實現(xiàn)抓取、提升、回轉(zhuǎn)、下降、松開等動作，且動作順序、動作速度可調(diào)。用氣動驅(qū)動，PLC控制。包括總體設計，各執(zhí)行機構(gòu)設計，氣動系統(tǒng)設計、計算，控制系統(tǒng)設計。技術(shù)要求有以下幾點：a.裝卸、調(diào)整方便；b.結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠；c.設計合理，盡量使用標準件，以降低制造成本；d.用PLC對機械手進行控制?？傮w設計思路：a.確定總體結(jié)構(gòu)的組成、框架及各部分的功能與工作目標。b.根據(jù)設計任務書的要求，初步計算各工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。c.設計機體分級部分的結(jié)構(gòu)及主要零件結(jié)構(gòu)。d.主要分級結(jié)構(gòu)部分的主要零件強度和剛度，檢查其加工工藝性和裝配工藝性。e.保證與其它部分的接口合理。f.根據(jù)設計結(jié)果，修正設計參數(shù)。1.2課題國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢:a.工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。b.機械結(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、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。c.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，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。d.機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、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(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)中已有成熟應用。e.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。f.當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，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)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。g.機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、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)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作