基于PLC的三自由度氣動式機械手設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 班 級： 姓 名 ： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 題 目： 基于 指導(dǎo)教師： 職稱 : 職稱 : 20**年 **月 **日 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 任務(wù)書 課題 來源 企業(yè)需求 課題 的 目的 、 意義 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機械手臂具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機械手臂 代替 了 人工的 繁雜 勞動 ，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和 生產(chǎn)效率 。 要 求 1、文獻(xiàn)綜述 （ 1）氣動式機械手臂用途及原理 （ 2）國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 2、文獻(xiàn)翻譯（外文文獻(xiàn)翻譯原文≥ 2萬字符） 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計 4、三自由度氣動式機械 手臂的 5、裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制及相關(guān)控制程序的編寫 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進(jìn) 度 工 作 內(nèi) 容 日 期 完成開題報告及資料翻譯 定結(jié)構(gòu)方案 氣控制部分方案設(shè)計與編程 紙繪制 寫畢業(yè)論文 辯準(zhǔn)備及答辯 上各項由指導(dǎo)教師填寫（請用鋼筆填寫） 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 開題報告 一 、課題的來源、目的、意義，國內(nèi)外基本情況 ●課題的來源： 本課題來源于企業(yè)需求。 ●課題的目的、意義 : 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 ● 國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 ： 近 20年來 , 氣動技術(shù)的應(yīng)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(yīng)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；微電子技術(shù)的引入 , 促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 , 使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30 多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀(jì) 70年代 , 液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9∶ 1, 而 30 多年后的今天 , 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家 , 該比例已 達(dá)到 6∶ 4, 甚至接近 5 ∶ 5。我國的氣動行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從 20世紀(jì) 80年代中期開始 , 氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá) 20%以上 , 高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、 算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 , 氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 Ⅰ 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不 污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護(hù)、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以 , 氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 Ⅱ a)重復(fù)高精度 精度是指機器人、機械手到達(dá)指定點的精確程度 , 它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次 , 機械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要 , 如果一個機器人定位不夠精確 , 通常會顯示一個固定的誤差 , 這個誤差是可以預(yù)測的 , 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個 隨機誤差的范圍 , 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展 , 以 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高 , 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊 , 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 b)模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù) , 而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置 , 使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特 殊設(shè)計的滾珠軸承 , 使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能 , 擴大了機械手的應(yīng)用范圍 , 是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。 c)無給油化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求 , 不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步 , 新型材料 (如燒結(jié)金屬石墨材料 ) 的出現(xiàn) , 構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件 , 不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境 , 而且系統(tǒng)簡單 、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 d)機電氣一體化 由“可編程序控制器 - 傳感器 - 氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面 ;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件 , 使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制” ; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng) , 不僅減少配線、配管和元件 , 而且拆裝簡單 , 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今 , 電磁閥的線圈功率越來越小 , 而 由 動機械手、氣動控制越來越離不開 而閥技術(shù)的發(fā)展 , 又使 、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。 氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程 , 隨著氣動伺服技術(shù)走出實驗室 , 氣動技術(shù)及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術(shù)和氣動機械手的研究與應(yīng)用都比較晚 , 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大 , 我國自主研制的許多氣動機械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 , 為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。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(hù)、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點 , 可以預(yù)見 , 在不久的將來 , 氣動機械手將越來越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。 二、 預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、完成課題的方案和主要措施 1．預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)： 采用氣動裝置 的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。主要完成的是氣動式機械手臂的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及用 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 進(jìn)行簡單的控制編程設(shè)計。 機械手具有三個自由度：上下一個，旋轉(zhuǎn)一個，手指的開閉一個。上下是 10后是 25轉(zhuǎn)是 90度，手抓開合是 60度。工件尺寸大約在 2 2．關(guān)鍵理論和技術(shù)： 運用機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在 用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較， 然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。（如下圖所示） 機械手的系統(tǒng)工作原理框圖 運用到所學(xué)知識有機械設(shè)計理論，液壓傳動技術(shù)，電液控制技術(shù)， 工電子技術(shù)，液壓系統(tǒng)設(shè)計原理等。 3．完成課題具體方案措施如下： （ 1）、 機械手各執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計 ，包括：末端執(zhí)行器、手臂、手腕及基座的設(shè)計 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 設(shè)計參數(shù)： 1. 機械手最大抓重 : 1. 工件尺寸： 直徑約 2. 自由度數(shù) : 3個自由度 4. 坐標(biāo)型式 : 圓柱坐標(biāo) 5. 手指開合角度： 60°（最大速度 : 60度每秒） 6. 支座旋轉(zhuǎn)角度 : 90°（最大速度 : 90度每秒） 7. 手臂運動參數(shù) 伸縮行程： 100縮速度： 100mm/s 升降行程： 200降速度： 100mm/s 8. 機械手（重復(fù)）定位精度： （ 2）、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 本課題上下 、 旋轉(zhuǎn)和手爪開合三個自由度選擇氣壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動，包括氣動元器件的選取，氣 動回路的設(shè)計，并繪出氣動原理圖。 （ 3）、設(shè)計控制部分 本機械手采用可編程序控制器 (機械手進(jìn)行控制，本課題將要選取 初定三菱的 ，根據(jù)機械手的工作流程編制出 畫出梯形圖。預(yù)定工作流程如圖所示。 （ 4）、圖紙繪制。 裝配圖、零件圖、電路原理圖的繪制。 三、課題進(jìn)展計劃 日期 工作內(nèi)容 成開題報告及資料翻譯 確定結(jié)構(gòu)方案 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 氣控制部分方案設(shè)計與編程 紙繪制 寫畢業(yè)論文 辯準(zhǔn)備及答辯 四、主要參考文獻(xiàn) [1]吳振彪 武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1997 [2]郭洪紅 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 3]王天然 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 [4]白井良明 [日 ]北京：科學(xué)出版社， 2001 [5]大熊繁 [日 ]北京：科學(xué)出版社， 2002 [6]陸鑫盛，周洪 設(shè)計 [M]海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，7]國 )有限公司 第二版 械工業(yè)出版社， 8]鄭洪生 二版 [M]械工業(yè)出版社， 1992 [9]林文坡 M]安交通大學(xué)出版社， 1992 [10]成大先 第五卷 M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 [11]機械設(shè)計手冊編委會 氣壓傳動與控制 械工業(yè)出版社，12]氣動工程手冊編委會 工程手冊 [M]防工業(yè)出版社， 1995 [13]王積偉，章宏甲，黃誼 第二版 械工業(yè)出版社， 2005 [14]吳宗澤，羅圣國．機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 等教育出版社， 15]何銘新，錢可強．機械制圖．北京：高等教育出版社， 2004． 1 [16]張建明等 第二版 京理工大學(xué)出版社， 17]王信義 第二版 械工業(yè)出版社， 2000 [18]張建民 北京：國防工業(yè)出版社， 1992 [19]高鐘毓 北京：清華大學(xué)出版社， 1994 [20]鐘福金，吳曉梅 M]南大學(xué)出版社， 2003 [21]李建興 北京：機械工業(yè)出版社， 22] on of ]. 998 [23]i of a _]of ]001 [24]]. 000 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 摘 要 在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應(yīng)用，大大地改善了工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快了實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 本文通過對機械手的組成和分類，及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r的了解，對本課題任務(wù)進(jìn)行了總體方案設(shè)計。確定了機械手用三自由度和圓柱坐標(biāo)型式。設(shè)計了機械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)；以及設(shè)計了機械手的總體結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)機械手伸縮，升降，回轉(zhuǎn)三個自由度及手爪的開合。驅(qū)動方式由氣缸來實現(xiàn)手臂伸縮和升降，異步電機來實現(xiàn)機械手的旋轉(zhuǎn)。 運用了 列可編程序控制器（ 上下料機械手進(jìn)行控制 , 論述了 電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 , 控制軟件結(jié)構(gòu)以及手動控制程序和自動控制程序的設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 機械手，氣缸， 可編程序控制器 充值后就可以下載此設(shè)計說明書（不包含 我這里還有相應(yīng)的 帶：任務(wù)書、開題報告、外文翻譯）和 計 14張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加 1：1459919609或 2： 1969043202， 需要其他設(shè)計題目直接聯(lián)系?。?！ 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 n so of of to s s on to s As as s to s by s of by of LC of of 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 目 錄 1 緒言 械手的概述 .............................................................................................................. 1 國機械手的發(fā)展 ...................................................................................................... 1 動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .......................................................................... 3 課題設(shè)計要求 .......................................................................................................... 5 2 機械手的總體設(shè)計方案 械 手的系統(tǒng)工作原理及組成 .................................................................................. 7 械手基本形式的選擇 .............................................................................................. 8 動機構(gòu)的選擇 .......................................................................................................... 9 械手的技術(shù)參數(shù)列表 .............................................................................................. 9 3 機械手的機械系統(tǒng)設(shè)計 1 械手的運動概述 .................................................................................................... 11 器人的運動過程分析 ............................................................................................ 12 4 機械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 3 部結(jié)構(gòu) .................................................................................................................... 13 部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 ................................................................................................ 14 緊氣缸的設(shè)計 ........................................................................................................ 16 5 機械手手臂機構(gòu)的設(shè)計 2 臂的設(shè)計要求 ........................................................................................................ 22 縮氣壓缸的設(shè)計 .................................................................................................... 22 向裝置 .................................................................................................................... 27 6 機械手腰部和基座結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 9 構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................................... 29 制手臂上下移動的腰部氣缸的設(shè)計 .................................................................... 29 向裝置 .................................................................................................................... 33 衡裝置 .................................................................................................................... 33 購買設(shè)計文檔后加 購買設(shè)計文檔后加 座結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................................................ 34 7 氣動系統(tǒng)設(shè)計 7 壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 ........................................................................................ 37 8 機械手的 9 編程序控制器的選擇及工作過程 ........................................................................ 39 編程序控制器的使用步驟 .................................................................................... 40 械手可編程序控制器控 制方案 ............................................................................ 40 9 結(jié)論 2 參考文獻(xiàn) 3 致謝 4 基于 1 購買設(shè)計文檔后加 1 緒言 在工業(yè)生 產(chǎn)線中，機械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 械手的概述 機械手 （又稱 機器人 ，機械人，英文名稱： 在人類科技發(fā)展史上其來有自。早在三國時代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學(xué)幻想所系的 “ 永動機 ” 、太空探險以及夢想解決人的機能所無法達(dá)致境界的 求新意念，推動科學(xué)家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機械。上世紀(jì)六、七十年代的自動化機器、無人操縱的飛行器等等，即是此產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條上的一個大膽的嘗試與突破。雖然，后來電腦、電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)引開了人們關(guān)注的熱點，但關(guān)于機械 手 的研究與開發(fā)一直在持續(xù)進(jìn)行著。而近二十年中，因為電腦技術(shù)、電子產(chǎn)品及生物遺傳工程等技術(shù)的大踏步發(fā)展， “ 機械 手 ” 的研發(fā)熱潮已從專業(yè)人士的實驗室中走了出來，成為一種綜合科研能力的開發(fā)活動，參與者也打破了各行各業(yè)的劃地為牢、各自為政的困局，開始了縱橫連合，爭奇斗妍，蔚成熱潮的研究與制作嘗試。 機械手 的 研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來， 機械手 的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開發(fā)，月球車，深海探測器，海洋石油開采，航天飛機機械臂等，小至微型手術(shù)機械，生命監(jiān)測儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈器、清除地雷器到無人駕駛飛機、戰(zhàn)車，有人甚至預(yù)測未來戰(zhàn)爭可能如星球大戰(zhàn)一樣，是機械手的戰(zhàn)爭。至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遺傳生物產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)、電訊業(yè)、能源開發(fā)，都將因機械手的大量登場而 出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。英國電訊公司未來學(xué)部門研究員曾因準(zhǔn)確預(yù)測手機短訊、垃圾電郵及網(wǎng)上搜尋引擎的出現(xiàn)而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預(yù)測中，其中就有數(shù)條是關(guān)于機械手的 [1]。 國機械手的發(fā)展 第一臺機械手出現(xiàn)后 20年，我國于 1972年開始研制 機械手 ，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、結(jié)合式、液壓伺服型同用機械手，并開始了機構(gòu)學(xué)（包括步行機構(gòu)）、計算機控制和應(yīng)用技術(shù)的研究，這些機械手大約有 1/3用于生產(chǎn)。 基于 2 購買設(shè)計文檔后加 在該技術(shù)的推動下，隨著改革開放方針的實施，我國 機械手 技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持，在 80年代中期，國家組織了對工業(yè)機械手的需求的行業(yè)的調(diào)研，結(jié)果表明，對第二代工業(yè)機械手的需求主要集中于汽車行業(yè)（占總需要的 60%～ 70%）。在眾多的專家的建議和規(guī)劃下，于 “ 七五 ” 期間，由機電部主持，中央各部委，中科院及地方十幾所科研院所和大學(xué)參加，國家投入相當(dāng)?shù)馁Y金，進(jìn)行了工業(yè)機械手基礎(chǔ)技術(shù)，基礎(chǔ)元器件，幾類工業(yè)機械手整機及應(yīng)用工程的開發(fā)研究，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機械手成套技術(shù)（包括機械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動傳動單元、測試系統(tǒng)的設(shè)計、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開 發(fā)，研制出噴涂、弧焊、點焊和搬運等作業(yè)機械手整機，幾類專用和通用控制系統(tǒng)及幾類關(guān)鍵元部件如交、直流伺服馬達(dá)驅(qū)動單元機械手專用薄壁軸承、諧波傳動系統(tǒng)、焊接電源和變壓器等，并在生產(chǎn)中經(jīng)過實用考核，其主要性能指標(biāo)達(dá)到 80年代初國際同類產(chǎn)品的水平，且形成小批量生產(chǎn)能力。在應(yīng)用方面，在第二汽車廠建立的我國第一條采用國產(chǎn)機械手的生產(chǎn)線－東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機械手噴涂生產(chǎn)線，該線由 7臺國產(chǎn) 運行十年，完成噴涂 20萬輛東風(fēng)系列駕駛室的生產(chǎn)任務(wù)，成為國產(chǎn)機械手應(yīng)用的一 個窗口；此外，還建立了幾個弧焊和點焊機械手工作站。與此同時，還研制了幾種 進(jìn)行了試應(yīng)用。在基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，解剖了國外 10余種先進(jìn)的機型，并進(jìn)行了機構(gòu)學(xué)，控制編程，驅(qū)動傳動方式，檢測等基礎(chǔ)理論與技術(shù)的系統(tǒng)研究。開發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的測量系統(tǒng)，編制了我國工業(yè)機械手標(biāo)準(zhǔn)體系和 12項國標(biāo)，行標(biāo)。 為了跟蹤國外高技術(shù)， 80年代在國家高技術(shù)計劃中，安排了智能機械手的研究開發(fā)，包括水下無纜機械手，高功能裝配機械手（ 各類特種機械手，進(jìn)行了智能機械手體系結(jié)構(gòu)，機構(gòu)控制，人工智能機器 視覺，高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究已取得一批成果。這些技術(shù)的實用化將加速我國第二代機械手的發(fā)展 [2]。 經(jīng)過 80年代尤其是后 50年的努力，吸引了 160多個單位從事機械手及其相關(guān)技術(shù)的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機械手技術(shù)地區(qū)和十幾家優(yōu)勢單位，培養(yǎng)了一支 2000多人的工業(yè)機械手設(shè)計、研制、應(yīng)用隊伍，造就了一批機械手專家，使我國的工業(yè)機械手技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國內(nèi)。 90年代初期，我國主要開發(fā)下列機械手： （ 1） 噴涂機械手 （ 2） 焊接機械手 （ 3） 搬運機械手 （ 4） 裝配機械手 在 90年代中期， 國家已選擇以焊接機械手的工程應(yīng)用為重點進(jìn)行開發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機械手應(yīng)用工程成套開發(fā)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場運行等技術(shù)，即以機械手焊接工藝為龍頭，開展焊裝線總體設(shè)計、線體總控及多機通訊，新型焊接機基于 3 購買設(shè)計文檔后加 械手用焊接電源、送絲機構(gòu)、焊縫跟蹤系統(tǒng)、機電精度、控制技術(shù)等開發(fā)及完善化，以及幾條焊裝生產(chǎn)線的全套應(yīng)用及其可 行 性作為主攻目標(biāo)。 雖然 我國的機械手研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項目， 但 據(jù)說，中國科學(xué)院目前已造出說話時嘴唇能夠活動、眼睛能轉(zhuǎn)動、具視覺功能的機械手，其水準(zhǔn)可媲美日本同行，但這臺機械手體形甚大 ，卻未能以雙腳走路。在日本，機械手能否以二腳行走已成為一個熱門及熟練的技術(shù)競賽項目，譬如有 “ 二足機械人競賽大會 ” （分等級）。其實，機械手的制作絕對并非只是液壓機械與電子產(chǎn)品的混成物，要將機械手造得越來越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面，比如機械手的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國的科學(xué)家甚至預(yù)言，到 2020年，隨著機械手愈來愈精密和使用有機零件制造，它們將會受到 “ 機械手權(quán) ” 的保護(hù) 。 動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 近 20年來 , 氣動技術(shù)的應(yīng)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(yīng)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 ; 微電子技術(shù)的引入 , 促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 , 使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制 , 控制精度不斷提高 ; 由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點 , 國內(nèi)外都在大力開發(fā)研 究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看 , 近 30多年來 , 氣動行業(yè)發(fā)展很快。 20世紀(jì) 70年代 , 液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9∶ 1, 而 30多年后的今天 , 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家 , 該比例已達(dá)到 6∶ 4, 甚至接近 5∶ 5。我國的氣動行業(yè)起步較晚 , 但發(fā)展較快。從20世紀(jì) 80年代中期開始 , 氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá) 20%以上 , 高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、 算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 , 氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 動技術(shù)及氣 動機械手的發(fā)展過程 氣動技術(shù)是以空氣壓縮機為動力源 , 以壓縮空氣為工作介質(zhì) , 進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù) ,是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。 大約開始于 1776年 , 個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年 , 人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置 , 將它成功地用到火車的制動上。 20世紀(jì) 30年代初 , 氣動技術(shù)成功地應(yīng)用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。至 50年代初 , 大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來 , 體積很大。 60年代，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng) , 自 成體系 , 不再與風(fēng)動技術(shù)相提并論。在 70年代 , 由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的基于 4 購買設(shè)計文檔后加 結(jié)合應(yīng)用 , 在自動化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。 80年代進(jìn)入氣動集成化、微型化的時代。90年代至今 , 氣動技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū) , 經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展 , 人們克服了閥的物理尺寸局限 , 真空技術(shù)日趨完美 , 高精度模塊化氣動機械手問世 , 智能氣動這一概念產(chǎn)生 , 氣動伺服定位技術(shù)使氣缸高速下實現(xiàn)任意點自動定位 , 智能閥島十分理想地解決了整個自動生產(chǎn)線的分散與集中控制問題。 氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。 氣動機械手強調(diào)模塊化的形式 , 現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動機械手在控制方面采用了先進(jìn)的閥島技術(shù) (可重復(fù)編程等 ) , 氣動伺服系統(tǒng) (可實現(xiàn)任意位置上的精確定位 ) , 在執(zhí)行機構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。 90年代初 , 由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院 — “阿基里斯”六腳勘探員 , 是氣動技術(shù)、 足動物” 6個腳中的每一個腳都有 3個自由度 , 一個直線氣缸把腳提起、放下 , 一個擺動馬達(dá)控制腳伸展 /退回運動 , 另一個擺動馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。 由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計的氣動攀墻機械手 , 它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體 , 成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。 能與人親切地握手 ,它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運動 , 并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下 (或通過自身的編程控制 ) 能與人進(jìn)行對話 , 或作自我介紹等。 動技術(shù)和人工智能為一體 , 它告訴我們 , 氣動技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機械手中最難解決的靈活的自由度 , 具有在足夠 工作空間的適應(yīng)性、高精度和快速靈敏的反應(yīng)能力。 動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠 , 可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種 , 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護(hù)、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以 , 氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工 , 食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上。 現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線 , 尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線 , 大多采 用了氣動機械手。車身在每個工序的移動； 車身外殼被真空吸盤吸起和放下 , 在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊 , 都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度自動化 , 堪稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。 在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上 ,在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電基于 5 購買設(shè)計文檔后加 子產(chǎn)品的裝配流水線上 , 不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪 , 還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住 , 運送到指定目標(biāo)位置。對加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運系統(tǒng) , 采用了平穩(wěn)加速的 動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝； 用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手 , 牛奶盒裝箱氣動機械手等。 此外 , 氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如 : 氣動自動調(diào)節(jié)病床 ,機械手 ,外科手術(shù)機械手等 [3]。 展前景及方向 （ 1）重復(fù)高精度 （ 2）模塊化 （ 3）無給油化 （ 4）機電氣一體化 氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程 , 隨著氣動伺服技術(shù)走出實驗室 , 氣動技術(shù)及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術(shù)和氣動機械手的研究與應(yīng)用都比較晚 , 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大 , 我國自主研制的許多氣動機械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 , 為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。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(hù)、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點 , 可以預(yù)見 , 在不久的將來 , 氣動機械手將越來越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。 課題設(shè)計要求 本課題將要完成的主要任務(wù)如下 : （ 1）機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面相對較廣。 （ 2）選取機械手的座標(biāo)型式和自由度。 （ 3）設(shè)計出機械手的各執(zhí)行機構(gòu)，包括 :手部、手臂等部件的設(shè)計。 為了使通用性更強，手部設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來吸取板料工件。 （ 4）氣壓 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 本課題將設(shè)計出機械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設(shè)計，并繪出氣動原理圖。 （ 5）機械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計 基于 6 購買設(shè)計文檔后加 本機械手?jǐn)M采用可編程序控制器 (機械手進(jìn)行控制，本課題將要選取 據(jù)機械手的工作流程編制出 畫出梯形圖 基于 7 購買設(shè)計文檔后加 2 機械手的總體設(shè)計方案 械手的系統(tǒng)工作原理及組成 機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在 用氣壓傳動方式，來實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的相 應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的要求達(dá)到設(shè)定位置 [4]。 （一）執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。 （ 1）手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié) 構(gòu)。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式 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。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 （ 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，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 （ 4）機座 機座是機械手的基礎(chǔ)部 分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用 [6]。 基于 8 購買設(shè)計文檔后加 （二）驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的。它由動力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動 [5]。 （三）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。該機械手采用的是 支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時 間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 （四）位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 . 械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種，如圖2 (1)直角坐標(biāo)型機械手； (2)圓柱坐標(biāo)型機械手； ( 3