搬運機械手及其控制系統設計

摘  要

近20年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合，使整個系統自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發展，對氣動技術提出了更多更高的要求。

本課題設計源于生產線中的搬運站，傳動方式采用氣壓傳動，即用各種氣缸來控制機械手的動作，控制部分結合可編程控制技術編寫程序進行控制來實現兩站之間的搬運。

機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。本課題中設計的搬運機械手主要有旋轉、伸縮、升降、夾緊四個自由度組成。

課題從機械部分、氣動部分和控制三部分對氣動機械手進行設計，要求機械手實現上下站之間的搬運功能。機械部分重點是總體結構的設計、各個氣缸的選擇和安裝設計、各零部件的結構設計等，氣動部分主要是給出了搬運機械手的氣動原理圖，而控制部分則主要是程序的設計和調試，論文采用西門子（S7-200）指令編程，給出了相應的梯形圖、語句表和簡單的流程圖。

由于氣動機械手有結構簡單、易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等諸多獨特的優點，氣動機械手正在向重復高精度，模塊化，無給油化， 機電氣一體化方向發展�？梢灶A見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進人工業、軍事、航空、醫療、生活等領域。

關鍵詞：可編程控制器，柔性自動生產線，自由度，梯形圖

 Abstract

Over the past 20 years, the field of pneumatic ...

Keywords:PLC, flexible automated production lines, free degree, Ladder Diagram

目  錄

摘  要I

Abstract（英文摘要）Ⅱ

目  錄IV

第一章 引  言1

1.1 課題的背景和意義1

1.2 課題國內外發展現狀2

第二章 總體方案確定4

2.1 總體方案論證4

2.1.1 機械手手臂結構方案設計4

2.1.2 機械手驅動方案設計4

2.1.3 機械手控制方案設計5

2.1.4 機械手主要參數5

2.1.5 機械手的技術參數列表6

第三章 機械手總體結構設計7

3.1 動作工況與分析7

3.2 機械手各部分結構設計8

3.2.1 機械手底座的設計8

3.2.2 立柱結構的設計8

3.2.3 軸承的選擇9

3.2.4 上軸承座的選擇10

3.2.5 下軸承座的選擇11

3.2.6 大臂的結構設計12

3.2.7 小臂的結構設計12

3.2.8 氣爪的結構設計12

3.2.9 手部夾緊氣缸設計計算14

3.2.10 升降氣缸設計計算18

3.2.11 伸縮氣缸設計計算22

3.2.12 回轉氣缸設計計算25

第四章 氣動部分設計28

第五章 PLC控制部分設計30

5.1電磁鐵動作順序30

5.2 I/O分配30

5.3 PLC控制梯形圖31

5.4 PLC控制程序指令32

結論37

參考文獻38

致謝及聲明39