六自由度气动搬运机械手及其控制系统设计

1_机械手装配图

六自由度气动搬运机械手及其控制系统设计
摘要
在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台六自由度的机械手，主要的功用就是自动搬运。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，电路图的设计与绘制，控制系统的程序编写三个方面入手，并分别给予详细的介绍，从而让在校大学生或机器人爱好者能以此为基础，从而自己动手，一步步的从机械手的结构设计与制作，电路图的设计与绘制，控制系统的程序编写，来设计自己的机械手，从而为以后更深层次的研究打下基础。
关键词：机械手；搬运；六自由度；PLC

Design of six.degree.of.freedom pneumatic conveying manipulator and its control system
ABSTRACT
In today's large-scale manufacturing industry, in order to improve production efficiency and ensure product quality, enterprises generally pay attention to the degree of automation in the production process. As an important member of the automatic production line, manipulator is gradually recognized and adopted by enterprises. The technical level of the manipulator and the degree of application reflect the level of industrial automation of a country to some extent. At present, the manipulator is mainly responsible for welding, spraying, handling, stacking and other repetitive and labor-intensive work. The working mode generally adopts the mode of teaching reproduction.
This paper will design a six degree of freedom manipulator, the main function is automatic handling. First of all, in this paper, the design of the robot base, arm, forearm, and the structure of the manipulator, the design of the circuit diagram and the drawing, programming of the control system of three aspects, and gives detailed introduction respectively, so as to make college students or robot enthusiasts can on this basis, to myself, step by step from the structure design and manufacture of mechanical hand, the design of the circuit diagram and the drawing, the programming of the control system, to design your own manipulator, so as to lay a foundation for further deeper research.Key words: manipulator; Handling; Six degrees of freedom; PLC

目录
1引言1
1.1课题的背景和意义1
1.2机械手的分类1
1.3气动机械手的组成4
1.4应用机械手的意义7
1.5机械手的现状7
1.6工业搬运机械手在生产中的应用9
1.6.1建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线10
1.6.2在实现单机自动化方面10
1.6.3锻、铸、焊热处理等热加工方面10
1.7机械手的组成11
1.7.1执行机构11
1.7.2驱动机构12
1.7.3控制系统分类12
1.8课题工作要求12
1.8.1用途12
1.8.2规格参数12
2机械手的结构的设计13
2.1手部机构13
2.1.1手部设计基本要求13
2.1.2典型的手部结构13
2.1.3机械手抓的设计计算14
2.1.4机械手手抓夹持精度的分析计算16
2.1.5弹簧的设计计算21
2.2系统组成22
2.3总技术方案22
2.4腕部结构的设计24
2.4.1腕部设计的基本要求24
2.4.2腕部的结构以及选择24
2.4.3腕部的设计计算25
2.5臂部29
2.5.1臂部的结构形式29
2.5.2臂部运动的导向装置30
2.6机械手机身的设计计算32
2.6.1机身的整体设计32
2.6.2机身回转机构的设计计算34
2.6.3机身升降机构的计算37
2.6.4轴承的选择分析40
3气动系统设计41
3.1启动系统设计的主要内容及设计程序41
3.1.1明确工作要求41
3.1.2设计气动回路41
3.1.3选择执行元件41
3.1.4选择控制元件41
3.1.5选择气动辅件41
3.1.6压力损失的验算42
3.1.7选择空气压缩机42
3.2气压传动系统原理图42
4.气动机械手控制系统的设计44
4.1结构和功能介绍44
4.2 PLC控制系统的设计46
4.2.1 PLC I/O表和I/O接线图46
4.2.2控制程序设计46
5机械臂的控制方式47
5.2控制要求48
5.2.1手动工作方式48
5.2.2单动工作方式48
5.2.3自动工作方式48
5.3启动机械手的工作流程48
参考文献52
附录54
外文翻译59
中文译文70
致谢78

1引言
1.1课题的背景和意义
机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
工业搬运机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业搬运机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

2_臂部装配图

机身装配图

控制梯形图

气动原理图