毕业设计--气压驱动式四自由度教学仿真机械手设计

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1、 目目 录录 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

2、 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 - - 1 - 气压驱动式四自由度教学仿真机械手设计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机电工程学院机械制造与自动化专业 朱龙强朱龙强 摘要摘要: :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

3、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。 关键词关键词: : 机械手 教学型 四自由度 PLC 1 机械手的基础知识机械手的基础知识 1.1 气动机械手概述气动机械手概述 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

4、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 1.2 机械手的组成机械手的组成 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。 控制系统控制系

5、统驱动系统驱动系统执行机构执行机构 位置检测装置位置检测装置 图 1 机械手组成方框图 - 2 - 1.3 1.3 机械手的工作原理机械手的工作原理 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

6、定的精度达到设定 位置。 2 2 机械手的机构设计机械手的机构设计 2.1 2.1 气压机械手的示意图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 - 3 - 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 2.2 机械手自由度的定义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 2.3 机械手气缸的分析机械手气缸的分析 图4 双作用气缸内部结构图 - 4 - 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