锯片磨床机械手工业机器人毕业论文.doc

摘 要本课题为解决在锯片磨床或加工中心上锯片上料和卸料，实现机床无人生产，根据所要抓取物料的特点及机械手所工作的环境设计锯片磨床机械手，所设计的机械手是针对抓取锯片等类似零件，要求能实现锯片上料和下料的功能，并且要求结构简单，使该机械手设计成为此类（抓取薄锯片零件）中最经济的机械手，它能改善工人的劳动条件，减轻工人的劳动强度，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，拟定机械手的总体方案，完成机械手重要零件的选型、完成机械手驱动系统及基于PLC对机械手的控制。并绘制总装图和必要的零部件图。关键词：工业机械手 结构 气动 控制系统 AbstractThis topic is to solve the matter that saw blades are retrieving and dumping in the saw blade grinder or machining center，so the machines can product by themselves . according to the trait of the grabbing materials and the enviroment where the magic hand work,we design the magic hand of saw bland grinder.The magic hand to design direct toward grab the saw blade parts and the analogy.The fuction of this magic hand is retrieving and dumping the saw blades.the Structure need to be simple. This magic hand we will design will be the most ecomonical hand in the hand of the grabbing the saw blade parts.it can improve the working condition,allievite the working strength,increase the labor productivity dramatically,speed up the pace of the industry to mechanize and automate. Apply comprehensivly the basic theories, basic knowledge and related machine design profession knowledge, draft the overall scheme ,complete the type election of the important part in the magic hand,finish the driving system of the magic hand,and the PLC-based towad controling the magic hand. At last finish the plan of the general assembly drawing,and the necessary parts drawing. Key word: Industry machine hand Structure The pneumatic Control system目录毕业设计调研报告16引言161 概述16 1.1工业机械手概述16 1.2国内外发展状况17 1.3机械手的组成19 1.4机械手的分类19 1.5机械手的意义192 机械手总体设计20 2.1机械手的设计分析20 2.2总体方案拟定21 2.3机械手主要技术性能参数223锯片磨床机械手机械本体设计24 3.1 末端执行器的结构设计24 3.2 机械手手臂结构的设计28 3.3 机械手腰座结构的设计294 机械手的驱动传动部分29 4.1方案的确定29 4.2气缸的选择325 基于PLC对机械手控制系统的设计366 设计体会42参考文献43 毕业设计调研报告 随着人类进入信息时代，以计算机为核心的信息技术迅速发展和广泛应用，使传统制造业发生了巨大变化。不论是传统工业，还是高科技产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所生产装备的性能、质量和运用，对国家经济的发展和技术的进步有很大的影响。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。锯片磨床机械手是锯片生产企业为改善工人的劳动条件，减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率，在锯片磨床或加工中心上加工锯片时配备机械手，实现锯片的上料和下料，使一个工人操作多台锯片磨床成为可能。没有配备机械手的磨床需要工人不停的跟换锯片并且锯片在加工时工人需要等待，浪费了劳动力，而在市场上，大量的机械手可以随处购买，但是专业针对抓取锯片的机械手并不多见，市场上的机械手多数是通用性，价格较昂贵，故设计一只针对抓锯片的机械手是很有前景的。此机械手的设计加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，并为专用机械手一族增贴一员。引言机械工业作为国家的基础，国民经济的基础，具有举足轻重的地位。不论是传统工业，还是高科技产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所生产装备的性能、质量和运用，对国家经济的发展和技术的进步有很大的影响。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。作为一名机械设计制造及其自动化专业的学生，毕业设计是我们教学实践中的最后一个环节，也是最重要的一个环节。它综合运用了大学四年内所学的理论知识，并结合了具体的实际要求，使我能在设计过程中对四年的所学所知有了更进一步的掌握和理解，也为以后的工作奠定良好的基础。我会尽自己最大的努力做好。1 概述1.1工业机械手概述工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并且成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。而可编程逻辑控制器(PLC)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改、易于扩展和维护、环境要求低、体积小巧、安装测试方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。这种新技术发展很快逐渐形成一门新兴的学科机械手工程。工业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。机械手实物图如下图所示： 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为大家所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及放射性和污染的场合，应用的更为广泛。因而，受到各先进国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业部门的重视。1.2国内外发展状况目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同物料的夹紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的运动机构和夹紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同物料的夹紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的运动机构和夹紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。本机械手是针对故抓取锯片实现锯片的上料和下料的专用机械手，是将机械手与柔性制造系统和柔性制作单元相结合，使机械能与锯片磨床系统相结合或与加工中心系统相结合，此机械手为典型的抓取薄片大面积的机械手，同类机械手在国内和国外都已有生产，但是多数同类机械手为通用机械手，价格较昂贵，结构复制，自由度大，但是针对中小型企业，企业人员在机械手的选型时考虑机械手要完成基本的功能的同时还极力追求在机械手价格低廉，故设计一只针对锯片磨床机械手在锯片生产行业是很有前景的。同时对国内机械手市场也起到了促进的作用。1.3机械手的组成以下结机械手由构：执行机构驱动-传动机构控制系统智能系统四部分组成。1.4机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。在国外，目前主要是第一类通用机械手，国外称为机器人。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。1.5机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：1.5.1提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现物料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。1.5.2 改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。1.5.3 可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，机械手以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。由上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。2 机械手总体设计2.1机械手的设计分析锯片磨床机械手所要达到的功能：所设计的机械手是锯片在锯片磨床上或加工中心上加工时，完成锯片的上料和下料。1.作业对象的分析：锯片的尺寸（直径250mm-500mm），厚4mm 材料：合金钢 锯片示意图：2.机床尺寸及作业范围的确定本机械手设计以加工中心工作台尺寸为设计依据，该机械手设计成可拆卸式，即可安装在加工中心上，也可安装在锯片磨床等其他类似尺寸的机床实现锯片的上下料加工中心工作台示意图如下图所示：实地调查加工中心工作台，其四个角落都可安装机械手，机械手总体高度在850mm，砂轮离锯片夹具的空间在50mm左右，即设计机械手时上下移动量要控制在30mm左右。锯片夹具体离可安装机械手的位置范围在800mm左右。2.2总体方案拟定（1）方案一：考虑用一只机械手安装在加工中心工作台，靠前门位置的左或右角落。以靠门右角落为例，机械手要完成取料搬运下料返回（等待加工完成）空运转取料搬运下料返回。等待时间及空运转降低了工作效率，将锯片分成三个区：未加工的锯片放入毛坯区，正在加工的锯片的工作区称为工作区，已加工的锯片放入已加工区。若将三个区从左往右安排如图所示，此设置直观，不妨碍人员观察检验工作情况，但一只机械手的行程就加长，整个送料过程稳定性要求高，所驱动的手臂也过长，手臂要走很长的直线路程，即要设计成直角坐标型如图，驱动所需的力及驱动方式都将变得困难。（2）方案二：考虑到上述方案中，机械手手臂过长的问题，将机械手设计成圆柱坐标型。其手臂长度不变。锯片的三个区分布在以机械手安装的位置为中心，手臂为半径的弧线上如图所示：注：工作台可以左右前后移动。这种设计虽然解决了机械手的行程过长的问题，整只机械手占据空间范围小，但是锯片的已加工区分布在靠门位置，不利于人员观察，一只机械手即要完成（毛坯区）上料（工作区）下料（空运转至毛坯区）等待（空运转至工作区）上料（已加工区）下料，机械手路程来回复杂，机械手位置精度要求变高所驱动各种运动的驱动部件变多，控制方式也将变的复杂。（3）方案三：考虑到上述两个方案的利弊，我们考虑用两只机械手分布在加工中心两个角落，一只机械手负责上料，另一只机械手负责下料，机械手分工明确。两只机械手都分别安装在工作台后部的左角落和右角落。锯片的三个区分部在工件台中心如图所示，上料机械手要完成（毛坯区）上料（运载锯片）回转（工作区）下料空载返回。下料机械手要完成空载回转（工作区）取料（运载锯片）回转（已加工区）下料为使机械手提高效率，上料机械手收到下料手取物料时的信号就启动，两只机械手时间相互嵌套，降低总运行时间。第三个方案两只机械手分工明确，每只机械手都有上料与下料的过程，两只机械手可以做成相同的机械本体，只要对机械手驱动过程的控制进行变化，就会产生不同的效果。本机械手采用PCL对机械手的控制系统进行设计，编写相应的控制程序实现机械手相应的功能。对比各个方案，采用方案三。最终确定锯片磨床机械手的总体方案：采用圆柱坐标机器人结构。这种构造比较简单，精度一般，适于搬运作业，机构简图。采用两个自由度（Z轴上下，回转）即能达到要求，结构简单，紧凑，易驱动控制。 2.3机械手主要技术性能参数机械手所要到达的性能参数：最大质量6.123kg 最小质量为1.53kg最大负荷重量60N 回转速度 =30/s 轴最大运动范围60 Z轴最大运动范围30mm 自由度：2个自由度3 锯片磨床机械手机械本体设计3.1 末端执行器的结构设计机械手末端的执行器是根据机械手作业要求来设计的。本机械手要抓取直径为250mm-500mm，厚度4mm，重为60N的锯片盘。为抓取锯片，末端执行器提出三个方案。方案一：夹钳式取料夹钳式取料通过手指的开合动作实现对物体的夹持。手指是直接与工件接触的部件。手部的取料和卸料就是通过手指的开张与闭合实现的。若用夹钳式取料手抓取直径250mm-500mm的重为60N的锯片盘。夹钳手指张开范围很大（如图所示），夹钳手指的开合范围必定要选取可调装置，由于锯片是圆盘形状，用两个夹钳手指取圆盘时，必定重心不稳，即要设计三个手指均匀分布，取料与卸料才可靠。三个手指同时开合，增加了驱动的难度，设计三个手指增加了末端执行器的复杂程度。三个手指的末端执行器还要设计可调装置，此手爪结构复杂。因此，若要用夹钳式取料手取锯片圆盘，要设计开合范围在120度 的手指，设计三个开合手指保证取料可靠。所需夹紧力为：，Q：被加持物体的重量；f：手指接触面的摩擦系数。在计算手爪驱动力 时，除了要考虑被夹持的重力外，还要考虑夹持物在运动中产生惯性力、振动等因素。实际上的驱动力为：，其中：:安全系数，一般取；:工作条件系数，一般取；F：理论驱动力；：手爪传动机构的传动效率，一般取0.850.9。三个取料手指的长度L3250，取料手指的重量太重，驱动手手指开合难度加大，手指是向下悬空，取料时，抓取物体，除了要抓取物体，还要克服自身手指的重力。所以夹钳式取料手的方案不合适。方案二：磁吸式吸附手磁吸式吸附手是用接通和切断电磁铁电流的方法来吸，放具有磁性的物体。吸取锯片圆盘时，为使锯片在运送中可靠，选取三个电磁吸盘吸住锯片。电磁吸盘可以吸取不同直径规格的圆盘，只要求得吸取圆盘所需的电磁吸力即可，选用公式，以提取最大负荷重量60N计算得所需的吸力。若直径小500mm的圆盘，其重量也小于60N。在吸取其他规格的锯片时吸力有剩余，吸盘可能会吸附其他金属材料的东西。若吸力剩余量又可以吸附一个锯片盘，那么一次吸附就吸附了两个锯片。吸物取料时，锯片毛坯盘是一个叠放在未加工区，磁吸式取料手吸力控制不好，就会引起一次吸取物料会吸取多盘锯片毛坯。卸料时，磁吸式取料手从加工区域将一盘已加工的锯片吸取放入已加工区，若吸力剩余较多，还未将锯片卸下，其他已加工好的锯片都会从已加工区下方，吸到机械手。由于锯片的尺寸规格在变，对于吸力的控制比较难，所以选取磁吸式取料手的方案也是不合适的。方案三：气吸式吸附手气吸式吸附手是由吸盘，吸盘架及气路系统组成。气吸式吸附机械手的原理是：当吸盘内抽成负压时，吸盘外部的大气压力将把吸盘静静地压在被吸物体上。吸盘的吸力是由吸盘皮碗的内、外压力造成的。应用气吸式吸附手的特点是：锯片的端面有略微的内凹，锯片的重量属于轻型物料，采用橡胶材料的吸盘，通过橡胶的缓冲压力压向锯片端面，能迅速使吸盘内腔与锯片端面形成封闭空间，一旦形成密闭空间后，对吸盘进行抽气，使吸盘内腔达到所需的负压，提起物料。这种方法即简单又方便。通过试验，选取橡胶吸盘吸取略带内凹的端面能形成密封空间，采用三个50mm直径的吸盘足以提起60N的锯片，通过计算验证所选吸盘的可靠性。要吸取直径为250mm-500mm，厚4mm的锯片圆盘（中间有直径50mm 孔作为磨床上磨削定位孔）。为使60N的锯片在运送中可靠，初选三个直径为50的吸盘。吸盘的吸力公式为,吸盘的吸力F要大于被吸附物体的重力。选吸盘吸力F60N,F取70N。其中：大气压力 P：内腔压力 :安全系数，一般取；:工作条件系数，一般取；:姿态系数，当吸附表面处于水平位置时取；S：吸盘负压腔再工件表面积上的吸附面积吸物时，吸盘内要产生负压。负压的产生方法有：（1）挤压排气式吸盘。该种方式是靠外力将吸盘皮碗压向被吸物体表面，吸盘内腔空气被挤压出去，形成吸盘内腔负压，吸盘从而吸住物体。这种方式形成吸力不大，而且不可靠。这种吸盘适用于日常生活中的吸盘挂钧，靠力将吸盘吸在瓷砖上，但对于我们机械手的末端执行器，吸取锯片一定要可靠，而且这种吸盘要靠外力控制，锯片规格很多，重量不等，设置及控制较困难。（2）真空泵排气式吸盘。真空排气吸盘是利用真空泵将盘内空气抽出，形成吸盘内腔负压，吸盘吸住物体。当控制阀将与大气连通时，吸盘失去吸力，被吸附物体靠自重，脱离吸盘。所以若选取真空泵排气式吸盘，就要在洗盘外连接一个真空泵，这个真空泵的作用就是将吸盘内空气抽出，使盘内真空度达到所需的真空度。由于选取三个吸盘吸取锯片时所需的真空度达 真空度以绝对压力P表示 真空度=大气压力-绝对压力 负压为 由锯片最大质量为6.123公斤（kg），吸盘直径约为50mm，数量为三个，为吸取质量为6.123公斤的锯片选用真空泵的极限真空度要求小于。（3）气流负压式：工作原理为控制阀将来自气泵的压缩空气接通至喷嘴，压缩空气通过喷嘴形成高速射流，吸盘腔内的空气被带走形成负压，吸盘吸住物体，虽然这样方式真空度很高，吸物很可靠，但是价格昂贵，对于只吸取质量为6.123公斤锯片的机械手，设计时要考虑经济性，初步确定末端执行器：真空泵排气式吸附手。原理图如下图所示：将三个吸盘接同一管路，当取物料时，真空泵抽气时三个吸盘内同时形成负压。在物料运送过程中真空泵达到极限压力，这样就不须要安装保压阀。在物料的取料过程中，一种方法是将真空泵放气，使吸盘腔内的气压值达到与大气压一致时，物料就由自身重力作用卸下。另一种方法是为使吸盘内的大气压值与大气压一致，可以在吸盘与真空泵的连接处设计一个开口装置在下料过程中，将这个装置开口使管内与管外连通，这样吸盘内也就有与外界同样的大气压。这个装置由控制系统控制，当机械手在进行上料与运送过程中，这个装置一直是关着的，没有与大气相连。当接到下料的信号时，这个装置打开与大气相连，使物料卸下，其安装位置如图所示由于真空泵选型要根据吸盘所达到的真空度，真空泵的价格相对较高，并且考虑到我们设计所需的真空度并不高，利用真空泵不经济，设计一种的装置用活塞对密闭容器抽气达到所需真空度，这种设计经济，结构简单，能达到本机械手吸取锯片的要求。原理图为：3.2 机械手手臂结构的设计机械手采用圆柱型坐标式结构，其简图如图所示：机械手采用圆柱形坐标式结构，由于机械手手臂长800mm左右，手臂上下移动范围仅30mm，若整只手臂上下移动如图c，800mm长的手臂、物料重量，末端执行机构的重量都需要驱动部件驱动，势必增加该运动部件的负担，图a上下运动部件（移动副）更增加了回转副部件的重量，图a亦不合理。图b上下移动副设置在手臂末端，其承担仅物料和末端执行机构的重量，结构简单，方便可行。手臂部分长约800mm，为减轻机械手自身重量，采用直径60mm，厚5mm的无缝钢管。手臂末端移动副上下行程仅为30mm，采用行程为30mm的小型气缸即可。 3.3 机械手腰座结构的设计由于机械手采用圆柱型坐标式结构，腰座是机械手第一个回转关节，它承载了机械手的全部重量。腰座的设计要求:腰座要有足够大的安装基面，以保证机械手工作稳定，腰座要承载机械手全部重量和载荷并传动转矩，因此，机械手的基座、轴的设计及轴承的选择要保证其足够的强度和刚度。腰座是机械手第一个回转关节，腰部的回转运动选择相应的驱动装置，通过传动系统传递转矩，设计传动系统的时候尽量减少传动链，减少机械能损耗。腰部结构的设计要便于安装调整。装配时要保证各部件间的相互位置精度。腰部的设计详见装配图4 机械手的驱动传动部分4.1方案的确定机械手驱动系统可以采用液压、气压、电力驱动。其中以液压气动用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6个大气压，个别的达到8-10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。本机械手设计含有两个自由度，分别由Z轴上下移动副和腰轴的转动副组成（1）而由第二章设计的机械手末端执行器采用负压气吸附式手，吸附手与密封缸相连，对密封缸进行抽气使密封缸内达到所需真空度，就能使吸附手吸起物料，由上述计算得，驱动密封缸抽气的驱动力为F=100N。用气压驱动输出力不大在（10-40KN）但在此工作过程中足以达到要求，若采用液压控制，还需设置回收油的油箱和管道，需要经常维护。（2）Z轴上下移动副要带动机械手的末端执行机构（真空吸盘及吸盘架）与物量的总重量及考虑其他摩擦因素的影响，移动副向上拉动重物所需要的力要，取F=80保证物料上升可靠，采用气缸驱动也足以达到要求，而且与上述驱动密封缸抽气的驱动装置采用同一个气源发生气方便简易，工作介质（空气）易获得，用后排入空气中不会造成污染。（3）腰轴的转动副，机械手要求要顺时针摆动60和逆时针摆动60，转动副要克服机械手手臂摆动的转矩，机械手手臂采用60，臂厚5mm的无缝钢管，重量大约在4.5kg，末端执行器与驱动其上下移动的气缸再加上物料的重量，再乘安全系数后 F=100N，如图所示：机械手手臂平均转速=30/s，在0.3S内加速，则加速度考虑其他振动和安全等因素选取回转副所需克服的转矩。机械手摆动平均速度=30/s，摆动范围为60，加速过程约为0.6秒。由于前两个驱动方式都采用了气动驱动方式，考虑到气动方式中摆动气缸能驱动20Nm的转矩，摆动气缸亦采用与气缸相同的气源发生器，降低成本，缩小空间。若采用电力控制，电动机高转速还需用齿轮或链轮、丝杠将转速降低才能与腰轴相连接，带动腰轴转动，这样势必增加成本，电机与摆动气缸相比，摆动气缸占优势，所以机械手的驱动一传动系统采用气动控制以锯片磨床机械手上料气动系统原理图为例：4.2气缸的选择4.2.1 密闭气缸1的选择密闭气缸是通过管路与真空吸盘相连，为使真空吸盘吸起物料的重量，真空吸盘腔内真空度要求达-。密闭气缸的选择必须考虑到连接管路泄露损失及气缸抽气时所需克服的摩擦损失给定一个安全系数k=1.5。则密闭气缸所需达到的真空度为即密闭气缸腔内气缸为：真空度=腔内绝对压力大气压力腔内绝对压力=真空度+大气压力=温度不变时，气体压力与比容成反比 即设为大气压力，为密封气缸内初始的气体量，为密闭气缸抽气后所达到的腔内绝对压力，为抽气后所达到的体积：三个真空吸盘内腔体积约为3，导管内径约为5mm，长为900mm左右，导管内腔体积约为18即 ，考虑管路泄露及连接处的密封不良等问题。取50，=80。为使吸盘快速吸取物料，抽气行程则需取的小些，由公式，气缸内径则需取的大些，内径取40mm 则气缸行程S取42mm选择国产气缸QGB系列气缸，安装方式选择脚架式选择型号为QGB4050MS，查得活塞杆直径为16mm活塞杆上所需的拉力为4.2.2 气缸2的选择气缸2是带动密封气缸抽气的驱动气缸，抽气时密封气缸1活塞杆上所需要的拉力为，气缸2选择双向作用气缸，根据力平衡原理对有杆缸的腔内通入气体，活塞杆右行，活塞杆产生拉力F，拉力F还需考虑气缸工作时的总阻力，气源的工作压力P为0.5，取0.3，d/D取0.3 则气缸2内径气缸内径取32，活塞杆行程取42选择国产气缸QGA系列气缸，安装方式选择脚架式选择型号为QGA3263MS，活塞杆直径为12mm4.2.3伸缩气缸3的选择伸缩气缸3是实现机械手末端执行机构上下移动的功能，主要是由气体对活塞杆腔通入气体，使活塞带动重物向上做功，而下降时，主要是靠重物自身重力和气体通入无杆腔共同作用做功。活塞杆上受到的负载为锯片真空吸盘与真空吸盘架、管路等的重力，活塞杆向上运动时需要克服负载的重力，还需克服活塞杆自身重力及摩擦力，活塞杆上的拉力约为70N，确定气缸内径。活塞向上运动时： 其中G：载荷为70NP：气缸工作压力选0.5MPa:载荷率取0.5估定活塞杆直径可取d/D=0.3所以选择气缸内径由于伸缩气缸的活塞杆移动范围受机床空间限制，活塞杆的移动量在30mm左右。所以选择行程时，多加10-20mm的行程余量，即气缸行程为50mm。由于伸缩气缸要安装在机械手手臂上，气缸的活塞起到使重物上升、下降的作用，气缸只能倒置安装在角铁上，角铁通过焊接与机械手手臂相连。所以气缸只能采用固定式的后法兰（MF2）式，倒悬挂安装在角铁上。综上述因素的考虑，需选择小型的气型、短行程、气缸内径，后法兰安装式，与普通气缸相比薄型气缸，缸径选为40mm，行程为50mm4.2.4 气缸4的选择气缸4是摆动气缸是实现机械手腰座的左右摆动，从而实现机械手手臂摆动，摆动气缸4主要是提供转矩，驱动手臂的摆动。机械手手臂是总长为800mm，除角铁部分长为760mm，厚为5mm的无缝钢管，可视为均质细杆，其转动惯量为，机械手手臂质量为4.5kg。机械手手臂末端的负载由气缸3的重力和锯片、真空吸盘、真空吸盘架、管路连接件的重量，手臂末端的转动惯量可以视为质量为的刚体对轴Z的转动惯量， 其转动惯量原理图为：机械手手臂平均转速=30/s，在0.3S内加速，则加速度所以摆动气缸选型时，选择QGB1系列叶片摆动气马达QGB2-75 转矩为33Nm5 基于PLC对机械手控制系统的设计随着微处理器、计算机的迅速发展，计算机控制技术已经广泛应用在工业控制的各个方面。作为工业应该的微处理器PLC，与传统的电气控制相比，有着无比的优越性：灵活，控制条件的改变，可以和轻松地通过程序而进行实现，在工程改造中可以节约大量的时间和硬件成本；可靠性非常高，抗干扰能力强，传统的继电器控制系统使用了大量的中继和时继，由于触点接触不良而容易引发事故，PLC用软触点代替了硬触点，完全消除了由于中间触点所引发的事故；接线简单，由于PLC的中间控制环节完全有软件实现，接线工作主要是输入和输出部分；体积大大减小，PLC省出了大量的控制继电器，因此许多控制柜的体积由于使用PLC而使体积比原来小很多。为使锯片磨床机械手实现柔性化制造，采用两块可编程控制器分别控制上料机械手和下料机械手。其流程图为：上料机械手限位开关的设置如图所示： 上料机械手：输入继电器有X1、X2、X3、X4、X5、X6 (X26为下降脉冲输入) 输出继电器Y1、Y2、Y3、Y4下料机械手：输入继电器有X6、X7、X8、X9、X10（X12加工完成信号脉冲输入）输出继电器Y5、Y6、Y7、Y8。本机械手为气动机械手，采用PLC控制，选用 三菱可编程控制器 产品： 8点输入，8点输出。 6 设计体会通过这次毕业设计使我加深了对过去所学知识的理解，真正懂得了如何把松散的知识有机的结合起来，并灵活运用，并且在老师和同学的帮助下让我懂得了如何去面对设计方案，如何下手，应该从哪些方面去考虑问题。懂得考虑问题时应该由浅入深，从简到易。在分析问题时应该先抓住重点，然后再考虑其他细节。知道什么是主要的，什么是次要的。当我做机械手的设计时，首先考虑自动控制,在考虑自动控制时又先考虑的是机械手要完成哪些动作，应该如何实现。从而经过仔细思考确定设计方案。 遇到问题时，千万不能慌，应当保持大脑清醒，不急不躁，通过查找资料逐一解决问题。做毕业设计时很重要的一点就是要学会自己查找资料。通过经常翻翻参考书籍，有目的的选择自己想要的东西，拓宽一下自己的思路，找到解决问题的方法，使自己在做设计的时候有更多的选择。总之，通过这次毕业设计使我受益非浅。我感谢学校给我这次锻炼机会，使我在踏上社会，工作岗位之前又给了我一次很好的磨练。再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师、同学们。参考文献1 张利平.液压气动技术实用问答J.北京：化学工业出版社，2007.82张利平.液压气动技术速查手册S.北京：化学工业出版社，2006.123刘延俊，关浩，周德繁.液压与气压传动J.高等教育出版社,2007.54徐灏.机械设计手册第五卷S.北京：机械工业出版社，19925吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册 S.北京：高等教育出版社，20066【日】日本机器人学会，编新编机器人技术手册宗光华、程君实译，科学出版社 20077 徐元昌主编，工业机器人中国轻工业出版社 1999.88 高安邦主编，新编机床电气与PLC控制技术机械工业出版社2008.29 费仁元主编，机器人机械设计和分析 北京工业大学出版社 1998.910机械设计手册编委会、机械设计手册单行本（气压传动与控制）、北京、机械工业出版社，200111机械设计手册编委会、机械设计手册单行本（滚动轴承）、北京、机械工业出版社，2001 Robotthe industrial robot is a tool that is used in the manufacturing environment to increase productivity.It can perform jobs that mights be hazardous to the human worker.One of the first industrial robots was used to replace the nuclear power plants.The industrial robot can also operate on the assembly line such as placing electronic components on a printed circuit board .Thus ,the human worker can be relieved of the routine operation of this tedious task .Robots can also be programmed to defuse bombs,to serve the handicapped ,and to perform functions in numerous applications in our society.A robot is a reprogrammable,multifunctional manipulator designed to more parts,materials tools or special devices through variable pregrammed locations for the performance of a variety of different tasks.Preprogrammed locations are paths that the robot must follow to accomplish work.At some of these locations ,the robot will stop and perform some operation,such as assembly of parts,spray painting,or welding.These ppreprogrammed locations are stored in the robots memory and are recalled later for continous operation.Furthermore,these preprogrammed locations,as well as other program data,can be changed later as the work requirements change .Thus ,with regard to this programming feature,an industrial robot is very much like a computer.The robotic system can also control the work cell of the operating robot.The work cell of the robot is the total enviroment in which the robot must perform its task.Included within this cell may be the robot manipulator,controller,a work table ,safety features,or a conveyor.In addition, signals from outside device can communicate with the robot.The manipulator,which does the physical work of the robotic system,consists of two sections:the mechanical section and the attached appendage.The manipulator also has a base to which the appendages are attached.The base of the manipulator is usually fixed to the floor of the work area.Sometimes,through,the base may be movable.In this case,the base is attached to either a rail or a track,allowing the manipulator to be moved from one location to another.the manipulator is mainly composed of the hand and the motion. The hand is uses for to grasp holds the work piece (or tool) the part, according to is grasped holds the thing shape, the s