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三自由度气动机械手的设计【机械+PLC程序】【14张CAD图纸+毕业论文】

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伸缩缸装配图A2.dwg---(点击预览)

伸缩缸后端盖A3.dwg---(点击预览)

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关键词：: 三自由度气动机械手设计机械 plc程序三自由度机械手 cad图纸毕业论文气动机械手

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三自由度气动机械手的设计

58页 22000字数+说明书+外文翻译+开题报告+14张CAD图纸【详情如下】

PLCA1.dwg

三自由度气动机械手的设计开题报告.doc

三自由度气动机械手的设计说明书.doc

伸缩缸前端盖A3.dwg

伸缩缸后端盖A3.dwg

伸缩缸装配图A2.dwg

外文翻译--机器人.doc

导向套A4.dwg

手爪装配图A1.dwg

机座A3.dwg

机构简图A4.dwg

气动回路图A3.dwg

气缸筒A4.dwg

活塞 A3.dwg

活塞杆A3.dwg

装配图A0.dwg

转动壳体A3.dwg

QQ截图20150412180517.gif

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导向套A4.gif

活塞 A3.gif

活塞杆A3.gif

机构简图A4.gif

机座A3.gif

气动回路图A3.gif

气缸筒A4.gif

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伸缩缸后端盖A3.gif

伸缩缸前端盖A3.gif

伸缩缸装配图A2.gif

手爪装配图A1.gif

转动壳体A3.gif

装配图A0.gif

摘要

在机械制造业中，机械手已被广泛应用，大大地改善了工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。

本文通过对机械手的组成和分类，及国内外的发展状况的了解，对本课题任务进行了总体方案设计。确定了机械手用三自由度和圆柱坐标型式。设计了机械手的夹持式手部结构；以及设计了机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转三个自由度及手爪的开合。驱动方式由气缸来实现手臂伸缩和升降，异步电机来实现机械手的旋转。

运用了FX 系列可编程序控制器（PLC）对上下料机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。

关键词：机械手，气缸，可编程序控制器

Abstract

In mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively so that the labor condition of worker has been greatly improved , labor productivity raised notably, the step of industrial production mechanization and automation realized rapidly.

This article through to manipulator's composition and the classification, and the domestic and foreign development condition's understanding, has carried on the overall concept design to this topic duty. Had determined the manipulator uses three degrees-of-freedom and the circular cylindrical coordinate pattern. Has designed manipulator's clamp type hand structure; As well as has designed manipulator's gross structure, realizes the manipulator to expand and contract, the fluctuation, rotates three degrees-of-freedom and hand fingernail's opening and closing. The drive type realizes the arm expansion and the fluctuation by the air cylinder, the asynchronous machine realizes manipulator's revolving.

The paper illustrates that the control of the upper and lower material by means of the PLC and also includes the hardware design of the electric control system, the control software structure and the design of the manual and automatic control program.

Key words: manipulator, air cylinder, Programmable controller（PLC）

1 绪言1

1.1 机械手的概述1

1.2 我国机械手的发展1

1.3 气动机械手的应用现状及发展前景3

1.4 本课题设计要求5

2 机械手的总体设计方案7

2.1 机械手的系统工作原理及组成7

2.2 机械手基本形式的选择8

2.3 驱动机构的选择9

2.4 机械手的技术参数列表9

3 机械手的机械系统设计11

3.1 机械手的运动概述11

3.2 机器人的运动过程分析12

4 机械手手部结构设计及计算13

4.1 手部结构13

4.2 手部结构设计及计算14

4.3 夹紧气缸的设计16

5 机械手手臂机构的设计22

5.1 手臂的设计要求22

5.2 伸缩气压缸的设计22

5.3 导向装置27

6 机械手腰部和基座结构设计及计算29

6.1 结构设计29

6.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计29

6.3 导向装置33

6.4 平衡装置33

6.5 基座结构设计34

7 气动系统设计37

7.1 气压传动系统工作原理图37

8 机械手的PLC控制系统设计39

8.1 可编程序控制器的选择及工作过程39

8.2 可编程序控制器的使用步骤40

8.3 机械手可编程序控制器控制方案40

9 结论52

参考文献53

致谢54

为了跟踪国外高技术，80年代在国家高技术计划中，安排了智能机械手的研究开发，包括水下无缆机械手，高功能装配机械手（DD驱动）和各类特种机械手，进行了智能机械手体系结构，机构控制，人工智能机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究已取得一批成果。这些技术的实用化将加速我国第二代机械手的发展[2]。

经过80年代尤其是后50年的努力，吸引了160多个单位从事机械手及其相关技术的研究力量，形成了京津、东北、华东、华南等机械手技术地区和十几家优势单位，培养了一支2000多人的工业机械手设计、研制、应用队伍，造就了一批机械手专家，使我国的工业机械手技术发展基本上可以立足于国内。

90年代初期，我国主要开发下列机械手：

（1）喷涂机械手

（2）焊接机械手

（3）搬运机械手

（4）装配机械手

在90年代中期，国家已选择以焊接机械手的工程应用为重点进行开发研究，从而迅速掌握焊接机械手应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术，即以机械手焊接工艺为龙头，开展焊装线总体设计、线体总控及多机通讯，新型焊接机械手用焊接电源、送丝机构、焊缝跟踪系统、机电精度、控制技术等开发及完善化，以及几条焊装生产线的全套应用及其可行性作为主攻目标。

虽然我国的机械手研发工作基本上属于科学研究的项目，但据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机械手，其水准可媲美日本同行，但这台机械手体形甚大，却未能以双脚走路。在日本，机械手能否以二脚行走已成为一个热门及熟练的技术竞赛项目，譬如有“二足机械人竞赛大会”（分等级）。其实，机械手的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机械手造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机械手的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机械手愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机械手权”的保护。1.4 本课题设计要求

本课题将要完成的主要任务如下:

（1）机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。

（2）选取机械手的座标型式和自由度。

（3）设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手臂等部件的设计。

为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。

（4）气压传动系统的设计

本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。

（5）机械手的控制系统的设计

本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图2.4 机械手的技术参数列表

2.4.1 用途

搬运:用于车间搬运

在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。

2.4.2 设计技术参数:

1. 机械手最大抓重: 1kg

2. 工件尺寸：直径约1.5～2cm

3. 自由度数: 3个自由度

4. 坐标型式: 圆柱坐标

5. 手指开合角度： 60°（最大速度: 60度每秒）

6. 支座旋转角度: 90°（最大速度: 90度每秒）

7. 手臂运动参数

伸缩行程：100mm

伸缩速度：100mm/s

升降行程：200mm

升降速度：100mm/s

8. 机械手（重复）定位精度：

参考文献

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内容简介：: 一、课题的来源、目的、意义，国内外基本情况课题的来源：本课题来源于企业需求。课题的目的、意义:在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。国内外研究状况及发展趋势：近20年来, 气动技术的应用领域迅速拓宽, 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合, 使整个系统自动化程度更高, 控制方式更灵活, 性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展, 对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入, 促进了电气比例伺服技术的发展, 现代控制理论的发展, 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制, 控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点, 国内外都在大力开发研究。从各国的行业统计资料来看, 近30 多年来, 气动行业发展很快。20世纪70年代, 液压与气动元件的产值比约为91, 而30 多年后的今天, 在工业技术发达的欧美、日本等国家, 该比例已达到64, 甚至接近5 5。我国的气动行业起步较晚, 但发展较快。从20世纪80年代中期开始, 气动元件产值的年递增率达20%以上, 高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用, 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。.气动机械手的应用现状由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以, 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工, 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。.发展前景及方向a)重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展, 以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。b)模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置, 使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承, 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是气动机械手的一个重要的发展方向。c)无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求, 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步, 新型材料(如烧结金属石墨材料) 的出现, 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件, 不仅节省润滑油、不污染环境, 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。d)机电气一体化由“可编程序控制器- 传感器- 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件, 使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀技术的发展, 又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程, 随着气动伺服技术走出实验室, 气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚, 但随着投入力度和研发力度的加大, 我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用, 为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点, 可以预见, 在不久的将来, 气动机械手将越来越广泛地进入工业、航空、医疗、生活等领域。二、预计达到的目标、关键理论和技术、完成课题的方案和主要措施1预计达到的目标：采用气动装置PLC控制机械手，它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。主要完成的是气动式机械手臂的结构方面设计，以及用PLC软件进行简单的控制编程设计。机械手具有三个自由度：上下一个，旋转一个，手指的开闭一个。上下是10cm，前后是25cm，旋转是90度，手抓开合是60度。工件尺寸大约在1.52cm直径。2关键理论和技术：运用机械手的工作原理：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位发生规定要求的，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，当动作有错误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。（如下图所示）机械手的系统工作原理框图运用到所学知识有机械设计理论，液压传动技术，电液控制技术，PLC控制编程技术，电工电子技术，液压系统设计原理等。3完成课题具体方案措施如下：（1）、机械手各执行机构设计，包括：末端执行器、手臂、手腕及基座的设计设计参数：机械手（重复）定位精度：0.5mm机械手最大抓重：0.5kg工件尺寸：直径约1.52cm支座旋转角度为：90度（最大速度：90度每秒）物料盘（采用步进电机控制）每工步旋转角度：30度（最大转度：30度每秒）Y轴大臂上下移动距离为：20cm（最大速度10cm/s）Y轴小臂上下移动距离为：10cm（最大速度10cm/s）X轴小臂伸缩距离：10cm （最大速度10cm/s）手指开合角度为：60度（最大速度60度每秒）料槽小臂（推动工件的推杆）伸缩距离为：15cm（最大速度10cm/s）（2）、驱动系统的设计本课题上下、旋转和手爪开合三个自由度选择气压传动系统驱动，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。（3）、设计控制部分本机械手采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号（初定三菱的PLC装置），根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。预定工作流程如图所示。（4）、图纸绘制。装配图、零件图、电路原理图的绘制。三、课题进展计划日期工作内容00.30完成开题报告及资料翻译02.30 确定结构方案 0.30电气控制部分方案设计与编程 0.30图纸绘制 0.30撰写毕业论文 0.10答辩准备及答辩四、主要参考文献【1】徐炳辉. 气动手册M . 上海科学技术出版社, 2005【2】明仁雄, 等. 液压与气压传动M . 国防工业出版社, 2003【3】SMC (中国) 有限公司. 现代实用技术M 北京:机械工业出版社, 1998【4】SMC (中国) 有限公司. 现代实用技术M 二版.北京: 机械工业出版社, 2003【5】陆鑫盛, 周洪. 气动自动化系统的优化设计M . 上海科学技术文献出版社, 1999【6】马振福. 液压与气压传动M . 机械工业出版社,2004【7】陈新元, 张安龙. 装配线机械手电气混合控制 J .液压与气动, 2007 (3) 【8】姜继海, 宋锦春, 高常识. 液压与气压传动M . 高等教育出版社, 2002【9】上海工业大学流控研究室. 气动技术基础M . 机械工业出版社, 1982【10】杜来林, 等. 北京大学出版社, 2005【11】郑洪生. 气压传动M . 机械工业出版社【12】德 Werner Deppert/Kurt Stoll1 气动技术低成本综合自动化M . 李宝仁, 译. 机械工业出版社,1999【13】(日)大熊繁编著.机器人控制M.北京:科学出版社,2002【14】迁三郎.机器人工程学及其应用M.王琪民,等译.北京:国防工业出版社,1989【15】白井良明.机器人工程M.北京:科学出版社,2001【16】王孝华, 赵中林, 等. 气动元件及系统的使用与维修M . 机械工业出版社, 1996【17】蔡自兴. 机器人学M . 北京: 清华大学出版社,2000【18】袁子荣. 液气压传动与控制M . 重庆大学出版社, 2002【19】路甬祥. 液压气动技术手册M . 机械工业出版社,2002【20】美 Saeed B. Niku. 机器人学导论分析、系统及应用M 1 孙富春, 朱纪洪, 刘国栋, 等译孙增圻, 审校. 电子工业出版社, 2004【21】气动机械手的应用现状及发展前景/paper/pp1189.html指导教师评语:指导教师签字系负责人签字年月日- 7 - IV 摘要在机械制造业中，机械手已被广泛应用，大大地改善了工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。本文通过对机械手的组成和分类，及国内外的发展状况的了解，对本课题任务进行了总体方案设计。确定了机械手用三自由度和圆柱坐标型式。设计了机械手的夹持式手部结构；以及设计了机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转三个自由度及手爪的开合。驱动方式由气缸来实现手臂伸缩和升降，异步电机来实现机械手的旋转。运用了FX 系列可编程序控制器（PLC）对上下料机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。关键词：机械手，气缸，可编程序控制器AbstractIn mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively so that the labor condition of worker has been greatly improved , labor productivity raised notably, the step of industrial production mechanization and automation realized rapidly. This article through to manipulators composition and the classification, and the domestic and foreign development conditions understanding, has carried on the overall concept design to this topic duty. Had determined the manipulator uses three degrees-of-freedom and the circular cylindrical coordinate pattern. Has designed manipulators clamp type hand structure; As well as has designed manipulators gross structure, realizes the manipulator to expand and contract, the fluctuation, rotates three degrees-of-freedom and hand fingernails opening and closing. The drive type realizes the arm expansion and the fluctuation by the air cylinder, the asynchronous machine realizes manipulators revolving.The paper illustrates that the control of the upper and lower material by means of the PLC and also includes the hardware design of the electric control system, the control software structure and the design of the manual and automatic control program.Key words: manipulator, air cylinder, Programmable controller（PLC）窗体顶端窗体底端目录1 绪言11.1 机械手的概述11.2 我国机械手的发展11.3 气动机械手的应用现状及发展前景31.4 本课题设计要求52 机械手的总体设计方案72.1 机械手的系统工作原理及组成72.2 机械手基本形式的选择82.3 驱动机构的选择92.4 机械手的技术参数列表93 机械手的机械系统设计113.1 机械手的运动概述113.2 机器人的运动过程分析124 机械手手部结构设计及计算134.1 手部结构134.2 手部结构设计及计算144.3 夹紧气缸的设计165 机械手手臂机构的设计225.1 手臂的设计要求225.2 伸缩气压缸的设计225.3 导向装置276 机械手腰部和基座结构设计及计算296.1 结构设计296.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计296.3 导向装置336.4 平衡装置336.5 基座结构设计347 气动系统设计377.1 气压传动系统工作原理图378 机械手的PLC控制系统设计398.1 可编程序控制器的选择及工作过程398.2 可编程序控制器的使用步骤408.3 机械手可编程序控制器控制方案409 结论52参考文献53致谢54基于PLC控制的三自由度气动机械手设计 541 绪言在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。1.1 机械手的概述机械手（又称机器人，机械人，英文名称：Robot），在人类科技发展史上其来有自。早在三国时代，诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工业革命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。由于科学幻想所系的“永动机”、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念，推动科学家想研究创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的自动化机器、无人操纵的飞行器等等，即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。虽然，后来电脑、电子产业的发达引开了人们关注的热点，但关于机械手的研究与开发一直在持续进行着。而近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，“机械手”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动，参与者也打破了各行各业的划地为牢、各自为政的困局，开始了纵横连合，争奇斗妍，蔚成热潮的研究与制作尝试。机械手的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机械手的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机械手的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机械手的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机械手的1。1.2 我国机械手的发展第一台机械手出现后20年，我国于1972年开始研制机械手，由上海起，接着天津，吉林，哈尔滨，广州，昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序、结合式、液压伺服型同用机械手，并开始了机构学（包括步行机构）、计算机控制和应用技术的研究，这些机械手大约有1/3用于生产。在该技术的推动下，随着改革开放方针的实施，我国机械手技术的发展得到政府的重视和支持，在80年代中期，国家组织了对工业机械手的需求的行业的调研，结果表明，对第二代工业机械手的需求主要集中于汽车行业（占总需要的60%70%）。在众多的专家的建议和规划下，于“七五”期间，由机电部主持，中央各部委，中科院及地方十几所科研院所和大学参加，国家投入相当的资金，进行了工业机械手基础技术，基础元器件，几类工业机械手整机及应用工程的开发研究，完成了示教再现式工业机械手成套技术（包括机械手、控制系统、驱动传动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等）的开发，研制出喷涂、弧焊、点焊和搬运等作业机械手整机，几类专用和通用控制系统及几类关键元部件如交、直流伺服马达驱动单元机械手专用薄壁轴承、谐波传动系统、焊接电源和变压器等，并在生产中经过实用考核，其主要性能指标达到80年代初国际同类产品的水平，且形成小批量生产能力。在应用方面，在第二汽车厂建立的我国第一条采用国产机械手的生产线东风系列驾驶室多品种混流机械手喷涂生产线，该线由7台国产PJ系列喷涂机械手和PM系列喷涂机械手和周边设备构成，已运行十年，完成喷涂20万辆东风系列驾驶室的生产任务，成为国产机械手应用的一个窗口；此外，还建立了几个弧焊和点焊机械手工作站。与此同时，还研制了几种SCARA型装配机械手样机，并进行了试应用。在基础技术研究方面，解剖了国外10余种先进的机型，并进行了机构学，控制编程，驱动传动方式，检测等基础理论与技术的系统研究。开发出具有国际先进水平的测量系统，编制了我国工业机械手标准体系和12项国标，行标。为了跟踪国外高技术，80年代在国家高技术计划中，安排了智能机械手的研究开发，包括水下无缆机械手，高功能装配机械手（DD驱动）和各类特种机械手，进行了智能机械手体系结构，机构控制，人工智能机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究已取得一批成果。这些技术的实用化将加速我国第二代机械手的发展2。经过80年代尤其是后50年的努力，吸引了160多个单位从事机械手及其相关技术的研究力量，形成了京津、东北、华东、华南等机械手技术地区和十几家优势单位，培养了一支2000多人的工业机械手设计、研制、应用队伍，造就了一批机械手专家，使我国的工业机械手技术发展基本上可以立足于国内。90年代初期，我国主要开发下列机械手：（1）喷涂机械手（2）焊接机械手（3）搬运机械手（4）装配机械手在90年代中期，国家已选择以焊接机械手的工程应用为重点进行开发研究，从而迅速掌握焊接机械手应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术，即以机械手焊接工艺为龙头，开展焊装线总体设计、线体总控及多机通讯，新型焊接机械手用焊接电源、送丝机构、焊缝跟踪系统、机电精度、控制技术等开发及完善化，以及几条焊装生产线的全套应用及其可行性作为主攻目标。虽然我国的机械手研发工作基本上属于科学研究的项目，但据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机械手，其水准可媲美日本同行，但这台机械手体形甚大，却未能以双脚走路。在日本，机械手能否以二脚行走已成为一个热门及熟练的技术竞赛项目，譬如有“二足机械人竞赛大会”（分等级）。其实，机械手的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机械手造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机械手的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机械手愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机械手权”的保护。1.3 气动机械手的应用现状及发展前景近20年来, 气动技术的应用领域迅速拓宽, 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合, 使整个系统自动化程度更高, 控制方式更灵活, 性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展, 对气动技术提出了更多更高的要求; 微电子技术的引入, 促进了电气比例伺服技术的发展, 现代控制理论的发展, 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制, 控制精度不断提高; 由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点, 国内外都在大力开发研究。从各国的行业统计资料来看, 近30多年来, 气动行业发展很快。20世纪70年代, 液压与气动元件的产值比约为91, 而30多年后的今天, 在工业技术发达的欧美、日本等国家, 该比例已达到64, 甚至接近55。我国的气动行业起步较晚, 但发展较快。从20世纪80年代中期开始, 气动元件产值的年递增率达20%以上, 高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用, 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。1.3.1 气动技术及气动机械手的发展过程气动技术是以空气压缩机为动力源, 以压缩空气为工作介质, 进行能量传递或信号传递的工程技术,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。大约开始于1776年, Johnwilkimson发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年, 人们第一次利用气缸做成气动刹车装置, 将它成功地用到火车的制动上。20世纪30年代初, 气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至50年代初, 大多数气压元件从液压元件改造或演变过来, 体积很大。60年代，开始构成工业控制系统, 自成体系, 不再与风动技术相提并论。在70年代, 由于气动技术与电子技术的结合应用, 在自动化控制领域得到广泛的推广。80年代进入气动集成化、微型化的时代。90年代至今, 气动技术突破了传统的死区, 经历着飞跃性的发展, 人们克服了阀的物理尺寸局限, 真空技术日趋完美, 高精度模块化气动机械手问世, 智能气动这一概念产生, 气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位, 智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。气动机械手强调模块化的形式, 现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术(可重复编程等) , 气动伺服系统(可实现任意位置上的精确定位) , 在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。90年代初, 由布鲁塞尔皇家军事学院Bando教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机械手“阿基里斯”六脚勘探员, 是气动技术、PLC控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”6个脚中的每一个脚都有3个自由度, 一个直线气缸把脚提起、放下, 一个摆动马达控制脚伸展/退回运动, 另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机械手, 它集遥感技术和真空技术于一体, 成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。Tron-X电子气动机械手, 能与人亲切地握手,它的头部、腰部、手能与人类一样弯曲运动, 并且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下(或通过自身的编程控制) 能与人进行对话, 或作自我介绍等。Tron-X电子气动机械手集电子技术、气动技术和人工智能为一体, 它告诉我们, 气动技术能够实现机械手中最难解决的灵活的自由度, 具有在足够工作空间的适应性、高精度和快速灵敏的反应能力。1.3.2 气动机械手的应用现状由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以, 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工, 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。现代汽车制造工厂的生产线, 尤其是主要工艺的焊接生产线, 大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下, 在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊, 都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化, 堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上,在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上, 不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪, 还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住, 运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统, 采用了平稳加速的SIN气缸。气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手, 牛奶盒装箱气动机械手等。此外, 气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如: 气动自动调节病床,机械手,外科手术机械手等3。1.3.3 发展前景及方向（1）重复高精度（2）模块化（3）无给油化（4）机电气一体化气动技术经历了一个漫长的发展过程, 随着气动伺服技术走出实验室, 气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚, 但随着投入力度和研发力度的加大, 我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用, 为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点, 可以预见, 在不久的将来, 气动机械手将越来越广泛地进入工业、军事、航空、医疗、生活等领域。1.4 本课题设计要求本课题将要完成的主要任务如下:（1）机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。（2）选取机械手的座标型式和自由度。（3）设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。（4）气压传动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。（5）机械手的控制系统的设计本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图2 机械手的总体设计方案2.1 机械手的系统工作原理及组成机械手的工作原理：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位发生规定要求的，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，当动作有错误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要求达到设定位置4。（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。（1）手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。（2）手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。（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，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。（4）机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用6。（二）驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动5。（三）控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。该机械手采用的是PLC程序控制系统，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，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，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（四）位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并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.2.2 机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种，如图2-1所示: (1)直角坐标型机械手；(2)圆柱坐标型机械手； ( 3)球坐标(极坐标)型机械手；(4)多关节型机机械手。图2-1 工业机械手基本结构形式其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型6。2.3 驱动机构的选择驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同, 机械手的驱动方式共有三种方式:气动方式,液压方式,电驱动方式7。（1）气动方式: 成本低,出力小,噪声大,控制简单。但难以准确控制位置和速度。属于简单非伺服型。（2）液压方式: 功率重量比大,低速平稳,需液压动力源,漏油和油性变化会影响系统,各轴耦合较强,成本较高。可用于易爆的环境。（3）电驱动方式:A 步进驱动: 功率小,开环控制,控制简单,可能失步。B 直流驱动: 调速性能好,功率较大,效率较高,但换向器需维护,不易用于易爆,多粉尘的环境。C 交流驱动: 维护简单,使用环境不受限制,成本较低,调速性差。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用电机驱动和减速机传动来实现机器人的旋转运动；利用气压缸驱动实现手臂上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用气压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用夹持式手部结构，用小型气压缸驱动夹紧。2.4 机械手的技术参数列表2.4.1 用途搬运:用于车间搬运在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。2.4.2 设计技术参数:1. 机械手最大抓重: 1kg2. 工件尺寸：直径约1.52cm3. 自由度数: 3个自由度4. 坐标型式: 圆柱坐标5. 手指开合角度： 60（最大速度: 60度每秒）6. 支座旋转角度: 90（最大速度: 90度每秒）7. 手臂运动参数伸缩行程：100mm伸缩速度：100mm/s升降行程：200mm升降速度：100mm/s8. 机械手（重复）定位精度： 3 机械手的机械系统设计3.1 机械手的运动概述机械手的运动，可从该机械手的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。图3-1 机械手的机构简图（1）机械手的运动自由度所谓机械手的运动自由度是指确定一个机械手操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机械手动作灵活程度的参数。本设计的机械手具有转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复三自由度,如图3-1所示。（2）机械手的工作空间工作空间是指机械手正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机械手的主要技术参数，工作空间图如图3-2所示。图3-2 工作空间图（3）机械手的机械结构类型圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统（代号RPP），工作空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。3.2 机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如表3-1所示。表3-1工业机器人的运动过程中各动作机械手开机，处于A位工步一旋转至B位工步二手臂下降工步三手臂伸出工步四夹紧工件工步五手臂收缩工步六手臂上升工步七旋转至A位工步八手臂下降工步九放松工件工步十手臂上升工步十一实现运动过程中的各工步是由机械手的控制系统和各种检测原件来实现的，这里尤其要强调的是机械手对工件的定位夹紧的准确性8。4 机械手手部结构设计及计算4.1 手部结构本课题中采用夹持式手部结构，由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等，课题中采用齿轮齿条式的传力机构。4.1.1 手指的形状和分类夹持式是最常见的一种。其中常用的有两指式、多指式和双手双指式。按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种；按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指；同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件9。4.1.2 设计时考虑的几个问题（1）具有足够的握力(即夹紧力)在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。（2）手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。（3）保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。（4）具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。（5）考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点，两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型。4.2 手部结构设计及计算本课题气动机械手的手部结构设计10如图4-1所示：图4-1齿轮齿条式手部手部驱动力的计算：其工件重量G=1公斤，V形手指的角度，摩擦系数为。（1）根据手爪类别,计算夹紧力。图4-2 手爪受力分析图如图4-2所示，采用摩擦锁紧方式，故受力分析得：（4-1）式中， -工件质量，；-重力加速度，；-动态运动时产生的加速度，；-安全系数；-V型手爪张开的角度，；-气爪夹头与工件的摩擦因素；由于手抓与工件材料都采用45钢，查表得=0.25所以=（2）根据手部结构的传动示意图4-1，其驱动力为: (4-2)所以（3）实际驱动力: (4-3)因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工件的为匀速取时，则:所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为。4.3 夹紧气缸的设计4.3.1 主要尺寸的确定1.气缸工作压力的确定由液压传动与气压传动表4-1取气缸工作压力表4-1 气压负载常用的工作压力负载F/N 50000工作压力p/MPa572.气缸内径和活塞杆直径的确定本课题设计的气缸属于双向作用气缸。单活塞杆双作用气缸是使用最为广泛的一种普通气缸。因其只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不等。活塞左行时活塞杆产生推力，活塞右行时活塞杆产生拉力。（4-4）（4-5）式中， - 活塞杆上的推力，N -活塞杆的拉力，N- 气缸工作时的总阻力，N- 气缸工作压力，Pa-活塞直径，m-活塞杆直径，m气缸工作时的总阻力与众多因素有关，如运动部件惯性力、背压阻力、密封处摩擦力等。以上因素可以载荷率的形式计入公式，如要求气缸的静推力和静拉力，则在计入载荷率后：（4-6）（4-7）计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。由以上分析得双向作用气缸的直径: （4-8）代入有关数据，可得查机械设计手册圆整，得由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径3.缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: （4-9）式中，- 缸筒壁厚，mm- 气缸内径，mm- 气缸试验压力，一般取（Pa）-气缸工作压力（Pa）-缸筒材料许用应力（Pa）本课题手爪夹紧气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL106,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为: 4.手部活塞杆行程长L计算活塞杆的位移量（4-10）气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加的行程余量。（4-11）故查有关手册圆整为5.校核：（1）活塞杆稳定性的验算：当活塞杆的长度较小时，可以只按强度条件校核计算活塞杆直径有: （4-12）其中，则:所以满足实际设计要求。（2）气缸推力验算：= =由以上计算可知气压缸能产生的推力大于夹紧工件所需的推力。所以该气缸满足要求。6.耗气量的计算：气缸的耗气量与缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为： (4-13)式中，-气缸缸径，-活塞杆直径，-活塞行程，-气缸活塞每分钟往复次数此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。 (4-14)7.气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算： (4-15)式中，-工作压力下气缸的耗气量，-空气流经进排气口的速度，一般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照GB/T 1403893选择合适的气口螺纹11。故，8.手抓部分总质量估算 (4-16)其中：手爪部分和活塞杆材料采用45钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金ZL106查相关手册， 45号钢密度为7.85 ZL106的密度为 2.73手抓部分总质量约为 4.3.2 气缸结构设计1.缸筒和缸盖的连接缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、钢筒螺纹、卡环等，参见表4-2。对于双头螺栓和螺栓连接，一般是四根螺栓，但是对于工作压力高于时，一定要校核螺栓强度，必要时增加螺栓数量，例如6根12。表4-2 缸筒和缸盖的连接查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接，采用4根螺栓。该结构简单，易于加工，易于装卸。由于工作压力小于，故无须校核螺栓强度。2活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接13。该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。3密封气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。对密封元件的要求如下：（1）密封性好，耐磨损，使用寿命长。（2）稳定性好，不易膨胀和收缩，难于溶解，不易老化及软化。（3）摩擦力小。（4）密封件表面平整、光滑、无气泡、杂质、凹凸等缺陷。（5）结构简单，成本低。查阅机械手册的表4-3 活塞的结构与密封形式表4-3活塞的结构与密封型式O型密封圈工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。故采用O型密封圈。4气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。由于结构需要，该气缸用脚架式安装连接13。5 机械手手臂机构的设计5.1 手臂的设计要求（1）手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求。（2）根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料。（3）尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷；减少运动的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。（4）要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度14。本设计中手臂由气缸驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在活塞杆上转动，确保手臂随机座一起转动。它的结构如图5-1所示。1.横梁 2.导向柱 3.活塞杆 4.螺母 5.垫片 6.气压缸 7.支撑架图5-1 手臂结构图选用轴向脚架型气压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。5.2 伸缩气压缸的设计5.2.1 气缸主要尺寸的确定1气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合末端执行器的尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为。由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径由液压传动与气压传动手册表4-1气压负载常用工作压力，取气缸工作压力由公式（4-4）、（4-5）：计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。得。2缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚按薄壁筒公式（4-9）计算:设计的伸缩气缸缸筒材料为:铝合金ZL106, =3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:。3手部活塞杆行程长确定按设计要求，X轴小臂伸缩距离为10cm，即100mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为。4活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆稳定性条件是：（5-1）式中,-气缸承受的轴向负载，即气缸的理论输出推力，气缸的压杆稳定极限力，-气缸的压杆稳定性安全系数，一般取气缸的压杆稳定极限力与缸的安装形式、活塞杆直径及行程有关15。当长细比时，（5-2）当长细比时，（5-3）式中，活塞杆计算长度活塞杆横截面回转半径，实心杆（5-4）空心杆（5-5）活塞杆断面惯性矩实心杆（5-6）空心杆（5-7）空心活塞杆内孔直径活塞杆截面积实心杆（5-8）空心杆（5-9）系数，查下表材料弹性模量，对钢取材料强度实验值，对钢取系数，对钢取查阅机械手册气缸设计章16由表得安装方式为固定-自由式取代入公式（5-4）至（5-9）：实心杆由于用公式（5-3）：所以该活塞杆满足稳定性条件。5驱动力校核测定手爪与手爪气缸质量为，估算为，设计加速度，则惯性力：（5-10）考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数,总受力所以该气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。6耗气量的计算：气缸的耗气量与缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为：式中，-气缸缸径，-活塞杆直径，-活塞行程，-气缸活塞每分钟往复次数此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。7气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算：式中，-工作压力下气缸的耗气量，-空气流经进排气口的速度，一般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照GB/T 1403893选择合适的气口螺纹。故，8前后运动气缸部分质量估算活塞杆及导向套材料采用45钢；缸体采用铝合金ZL106；连接件采用HT250。查相关手册， 45号钢密度为7.85 ZL106的密度为 2.73 HT250密度为 7.35经计算，质量约为5.2.2 气缸结构设计1缸筒和缸盖的连接查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接。该结构简单，易于加工，易于装卸。2活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。3密封气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。查阅机械手册的表4-3 活塞的结构与密封型式采用O型密封圈工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。4气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。由于结构需要，该气缸用脚架式安装连接。5.3 导向装置气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用双导向杆来增加手臂的刚性和导向性。6 机械手腰部和基座结构设计及计算6.1 结构设计通过安装在支座上的感应电动机5和减速机4直接驱动转动壳体3转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在转动机座上的气缸1实现手臂的上下移动。采用了双导柱2导向，以防止手臂在气缸活塞杆上转动，确保手臂随机座一起转动。支撑梁采用铝合金，以减轻重量和节省材料，它的结构如图6-1所示。1-气压缸 2-导向柱 3-转动壳体 4-减速机 5-感应电动机 6-机座图6-1腰部和基座结构图6.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计6.2.1 确定主要尺寸1气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合末端执行器的尺寸以及伸缩气缸的结构尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为。由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径由液压传动与气压传动手册表4-1气压负载常用工作压力，取气缸工作压力由公式（4-4）、（4-5）：计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。得 2缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL106,=3MPa代入己知数据，则壁厚为: 取，则缸筒外径为:3手部活塞杆行程长确定按设计要求，腰部上下运行距离为20cm，即200mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为4活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆稳定性条件公式（5-1）：当长细比时，用公式（5-3）：实心杆实心杆系数，由查表安装方式为固定-固定式得材料强度实验值，对钢取系数，对钢取代入公式（5-4）至（5-9）：实心杆得所以该活塞杆满足稳定性条件。5耗气量的计算：气缸的耗气量与缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为：此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。6气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算：式中，-工作压力下气缸的耗气量，-空气流经进排气口的速度，一般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照GB/T 1403893选择合适的气口螺纹。故，7上下移动气缸部分质量估算活塞杆及导向套材料采用45钢；缸体采用铝合金ZL106；连接件采用HT250。查相关手册， 45号钢密度为7.85 ZL106的密度为 2.73 HT250密度为 7.35经计算，质量约为：故，总质量：6.2.2 气缸结构设计1.缸筒和缸盖的连接查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接。该结构简单，易于加工，易于装卸。2活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。3密封气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。查阅机械手册的表4-2 活塞的结构与密封型式采用O型密封圈。工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。4气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。由于结构需要，该气缸用法兰式安装连接。6.3 导向装置气压驱动的机械手臂在进行上下运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量17。在本设计中才用双导向杆来增加腰部的刚性和导向性。6.4 平衡装置在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，根据抓取物体的重量和气缸的运行参数配一重量10kg的铁块。这样，机械手臂的倾覆力矩就非常小，不会有翻到的状况发生18。6.5 基座结构设计图6-2 轴承的基座该设计采用了环形轴承的支承结构。它由电动机（自带减速机）直接驱动连接转动壳体的支撑架，接而转动壳体带动手臂转动。根据承受载荷及力方向，该支撑轴承选用双向推力球轴承；转动选用了双列圆锥滚子轴承。6.3.1 电动机的选取测定参与手臂转动的部件的有零件、手抓及气缸、伸缩气缸、上下气缸及各部分连接件。现在零件、手爪及气缸质量估算为，伸缩气缸部分质量估算，上下气缸部分质量估算为。分析部件的质量分布情况，由转动惯量公式：（6-1）得各部分转动惯量：转矩公式：（6-2）得：则负载转矩为：考虑轴承、密封之间的摩擦力，设定一摩擦系数，（6-3）故，总的负载转矩为计算功率：（6-4）得根据机械设计手册第四版第五卷P22-98表22-1-64选择浙江齿轮减速电机有限公司生产的YCJ系列齿轮减速电机。YCJ系列齿轮减速三相异步电动机是由同轴式减速器和全封闭自冷式电动机构成一个整体。其特点是输出转速低，转矩大，体积小，噪声小，运行可靠。适用于驱动低转速传动机械19。选择型号为YCJ160配用电机Y801-4。带减速机后的电动机输出转矩为。故选取电动机满足使用要求。6.3.2 轴承的选取及校核（1）双向推力球轴承型号由于只承受轴向载荷，而双向推力轴承能承受两个方向的轴向载荷，可以限制轴和外壳两个方向的轴向位移，故选用双向推力球轴承。根据英科宇机械工程师电子手册滚动轴承中选择型号为52217，它的有关参数如下表6-1所示。表6-1 双向推离球轴承型号摘自GB/T301-1995轴承代号基本额定极限转速动载荷 /KN静载荷 /KN 脂润滑油润滑 5221710228013001900（2）双列圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承只要适用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷，而大锥角圆锥滚子轴承可以用于承受以轴向载荷为主的径、轴向联合载荷。而双列圆锥滚子轴承在承受径向载荷的同时，可承受双向轴向载荷，可限制轴或外壳的双向轴向位移，改变隔套的厚度可以调整轴承的游隙。故选择该轴承。根据英科宇机械工程师电子手册滚动轴承中选择型号为352938X2，它的有关参数如下表6-2所示。表6-2双列圆锥滚子轴承摘自GB/T299-1995轴承代号基本额定极限转速动载荷 /KN静载荷 /KN 脂润滑油润滑 352938X252212707509507 气动系统设计7.1 气压传动系统工作原理图图7-1为机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机（排气压力大于）通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作20。图7-1 机械手气压传动系统工作原理图表7-1 气路元件图序号型号规格名称数量1QF-44手动截止阀12储气缸13QTY-26-S1分水滤气器14QTY-26-S1减压阀15QTY-26-S1油雾器16YJ-1压力继电器1724D2H-15-S1二位五通电磁阀38L1-25单向节流阀29快速排气阀21015行程开关6各通行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调节，这种方法的特点是结构简单效果好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快启动速度，也可调节全程的速度。升降气缸采用气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂有自重下降，其速度调节采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸，行程，速度计算出所需压缩空气流量，与选用的电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。8 机械手的PLC控制系统设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。8.1 可编程序控制器的选择及工作过程8.1.1 可编程序控制器的选择目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了三菱公司的FX2N系列可编程序控制器。8.1.2 可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为四个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期21。8.2 可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行:（1）系统设计即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。（2）I/0分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号；哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号。此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。（3）画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。（4）助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中22。（5）编制程序即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。（6）调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件23。（7）保存程序调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。8.3 机械手可编程序控制器控制方案8.3.1 控制系统的工作原理及控制要求1控制对象为圆柱坐标气动机械手。它具有三个自由度，即水平方向的前、后;竖直方向的上、下；绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装置还可完成抓、放（开合）功能。以上各动作除了旋转采用电机驱动外，其余都采用气动方式驱动。气动方式用三个二位三通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制三个气缸，电机驱动运用接触器控制，使机械手完成前、后、上、下、旋转及机械手抓放动作。这样，可用PLC的8个输出端与电磁阀或接触器的8个线圈相连，通过编程，使电磁阀或接触器各线圈按一定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。2控制要求为了满足生产需要，机械手应设置手动工作方式、单动工作方式和自动工作方式。（1）手动工作方式便于对设备进行调整和检修，设置手动工作方式。用按钮对机械手每一动作单独进行控制。（2）单动工作方式从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按下一次起动按钮，机械手完成一步的工作后，自动停止。（3）自动工作方式按下起动按钮，机械手从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，机械手在完成最后一个周期的动作后，返回原点自动停机24。8.3.2 气动机械手的工作流程气动机械手的工作流程如图8-1所示：当按下机械手启动按钮之后，首先立柱右转接触器通电，机械手右转，至右限位开关动作。（1）立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。（2）手臂伸长（向前）电磁阀通电，手臂开始向前运动，至限位开关动作。（3）手爪抓紧电磁阀通电，手爪抓紧，至限位开关动作。（4）手臂收缩（向后）电磁阀通电，手臂开始向后运动，至限位开关动作。（5）立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。（6）立柱左转接触器通电，机械手左转，至左限位开关动作。（7）立柱下降电磁阀通电，立柱下降，至下限位开关动作。（8）手爪松开电磁阀通电，手爪松开，至限位开关动作。（9）立柱上升电磁阀通电，立柱上升，至上限位开关动作。（10）立柱右转接触器通电，机械手右转，至右限位开关。完成一次循环，然后重复以上循环动作。（11）按下停止按钮或停电时，机械手停止在现行的工步上，重新启动时，机械手按上一工步继续工作。图8-1机械手自动控制工作流程框图 8.3.3 I/0分配及原理接线图根据系统输入输出点的数目，选用三菱公司的FX2N系列FX2N-48MR，它有24个输入点，标号为0000-0023; 24个输出点，标号为0500-0511.如表8-1所示。原理接线图如图8-2所示。表8-1 机械手系统输入和输出点分配表名称代号输入名称代号输入启动SB1X0加紧SB5X12右转限位开关SQ1X1放松SB6X13左转限位开关SQ2X2单步上升SB7X14上限行程开关SQ3X3单步下降SB8X15下限行程开关SQ4X4单步向前SB9X16前限行程开关SQ5X5单步向后SB10X17后限行程开关SQ6X6单步左转SB11X20停止SB2X7单步右转SB12X21手动操作SB3X10回原点SB13X22连续操作SB4X11工件检测SQ5X23名称代号输出名称代号输出接触器右转KM1Y0电磁阀向后YV4Y5接触器左转KMY1电磁阀下降YV5Y6电磁阀放松YV1Y2电磁阀上升YV6Y7电磁阀加紧YV2Y3原点指示ELY10电磁阀向前YV3Y4图8-2 原理接线图8.3.4 梯形图设计根据机械手的逻辑时序图及1/0分配，可以画出控制梯形图。控制梯形图包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序。如图8-3所示，其原理是：回原点时，X20接通，系统自动回原点，Y10驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X10接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X11常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果执行自动连续操作的话，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。图8-3 机械手操作系统程序（1）回原位程序回原位程序如图8-4所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。图8-4 回原位程序（2）手动单步操作程序如图8-5所示。图中上升/下降，向前/向后，左移/右移都有联锁和限位保护。图8-5 手动单步操作程序（3）自动操作程序自动操作状态转移见图8-6所示。当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动右转Y0，当到达右转限位开关，使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动下降Y6，到达下限位开关，使下限位开关X4

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