1、毕 业 设 计气动机械手回转臂结构设计毕 业 设 计 任 务 书题目名称：气动机械手回转臂结构设计具体要求：（原始数据、试验方案、手段及预期结果）结合所学专业知识，查阅相关书籍及资料，深入理解设计课题的要求，完成设计任务，具体要求如下：1. 收集相关资料，气动机械手的工作原理，确定总体设计方案，做开题报告，翻译一篇与该课题有关的不少于 5000 个英文字符的外文资料。2. 位置检测精度达到 毫米。伸缩行程 100mm，升降行程 50mm。旋转1。1803. 抓握零件直径 ，最大重量 0.5kg。2054. 总结设计过程，撰写毕业设计论文，准备答辩，按照论文撰写规范书写毕业设计论文，并做好答辩前
2、的准备工作。基本内容如下：本课题将要完成的主要任务如下:(1) 进行气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计；(2) 设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算；(3) 设计气动机械伸缩、回转臂部分结构，进行关键部件的设计计算；(4) PLC控制系统的设计及编程。其中： 参考文献篇数：说明书字数：图纸张数：10 篇以上6 000 字以上折合 A0 图纸 3 张，其中至少 1 张装配图专业负责人意见签名：年 月 日 气动机械手回转臂结构设计摘要本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式，气动技术的特点，PLC 控制的特点及国内外的发展状况。本文对机械手进
3、行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的 PLC 型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，设计了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。设计达到了设计的预期目标。关键词 工业机器人；机械手；气动；PLCPneumati
4、c manipulator arm structure designAbstractThis paper briefly introduces the concept of industrial robot manipulator, the composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, pneumatic technology of PLC control, the characteristics of the development of both at home and abroad.
5、This paper makes an overall manipulator, the design scheme of the manipulator coordinates and freedom, the technical parameters of the robot. At the same time, the design of clamping manipulator hand structure, the design of the structure of the manipulator wrist, calculates the wrist curls when dri
6、ving torque and rotary cylinder driving torque. The design of manipulator arm structure.Design a robot manipulator, pneumatic system, pneumatic system working principle of pneumatic system principle diagram of parameterized drawing was studied, and greatly improve the efficiency of drawing and drawi
7、ngs.Using manipulator programmable controller, the control of PLC suitable model, according to the working process of the manipulator programmable controller has formulated the control scheme, the work of the manipulator, and draws the sequential diagram PLC control procedures. Design meets the desi
8、gn target.Keywords Industrial robot; Manipulator ; Air pressure drive; PLC目录摘要Abstract1 绪论 .11.1 气动机械手概述 .11.2 机械手的组成和分类 .11.2.1 机械手的组成 .11.2.2 机械手的分类 .11.3 国内外发展状况 .21.4 课题的提出及任务 .22 机械手的设计方案 .42.1 机械手的坐标形式与自由度 .42.2 机械手的手部结构方案设计 .42.3 机械手的手腕方案设计 .42.4 机械手驱动方案设计 .42.5 机械手技术参数列表 .43 手腕结构设计 .63.1 手腕的
9、自由度 .63.2 手腕的驱动力矩计算 .63.2.1 手腕转动时所需要的驱动力矩 .64 手臂伸缩、升降回转气缸的尺寸计算和校核 .94.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 .94.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计 .94.1.2 尺寸校核 .94.1.3 导向装置 .104.1.4 平衡装置 .104.2 手臂升降缸的尺寸设计与校核 .104.2.1 尺寸设计 .104.3 手臂回转缸的尺寸设计与校核 .114.3.1 尺寸设计 .114.3.2 尺寸校核 .115 气动系统设计 .135.1 气压传动系统工作原理图 .136 机械手的 PLC 控制 .156.1 可编程序控制器的选择及工作过
10、程 .156.1.1 可编程序控制器的选择 .156.1.2 工作过程 .156.2 机械手可编程序控制器控制方案 .166.2.1 系统简介 .166.2.2 工业机械手的工作流程 .166.2.3 机械手工作时序图 .16结论 .21参考文献 .22致谢 .26绪论- 1 -1 绪论1.1 气动机械手概述气动机械手由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备 3。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用 1。机器人应用情况，是一个国家工业自动
11、化水平的重要标志。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手” 4。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产 1。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。1.2 机械手的组成和分类1.2.1 机械手的组成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 4。各系统相互之间的关系如方框图 1-1 所示。 图 1-1 机械手组成方框图1.2.2 机械手的分类一、按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 4:（1）专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无
12、独立控制系统的机械装置 4。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点 1，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上下料机械手和加工中心 3。东北林业大学本科设计- 2 -（2）通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手 3。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产 4。二.按驱动方式分（1）液压传动机械手液压传动机械手以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手3。其主要特点是: 抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏1。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机
13、械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作4。（2）气压传动机械手气压传动机械手以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手3。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低1。（3）机械传动机械手机械传动机械手是由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手3。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的1。1.3 国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:（1）工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91 年的 10.3 万美元降至 97 年的
14、65 万美元2。（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。1.4 课题的提出及任务进入 21 世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现在大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，将机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品
15、从一条生产线搬运到另外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。本课题将要完成的主要任务如下:(1) 进行气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计；(2) 设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算；(3) 设计气动机械伸缩、回转臂部分结构，进行关键部件的设计计算；（4）PLC 控制系统的设计及编程。机械手的设计方案- 3 -2 机械手的设计方案2.1 机械手的坐标形式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式3。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标
16、型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。2.2 机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部，当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。2.3 机械手的手腕方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。2.4 机械手驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。2.5 机械手
17、技术参数列表一.用途：用于自动输送线的上下料。二.设计技术参数:（1）抓重： 0.5kg（2）自由度数： 4 个自由度（3）座标型式：圆柱座标（4）手臂运动参数：伸缩行程 100mm伸缩速度 40mm/s升降行程 50mm升降速度 100mm/s东北林业大学本科设计- 4 -回转范围 180回转速度 s/9（5）手腕运动参数：回转范围 180回转速度 s/9（6）手指夹持范围：棒料: 5 20 （7）手腕运动参数：回转范围 180回转速度 s/9（8）手指夹持范围：棒料: m1508（9）定位方式：行程开关（10）定位精度： （11）驱动方式：气压传动（12）控制方式：点位程序控制(采用 PL
18、C)手腕结构设计- 5 -3 手腕结构设计3.1 手腕的自由度手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕 x 轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油(气)缸。3.2 手腕的驱动力矩计算3.2.1 手腕转动时所需要的驱动力矩手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴
19、与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩.图 3-1 所示为手腕受力的示意图。1.工件 2.手部 3.手腕图4-1 手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算：（3-1）封摩偏惯驱 MM式中: - 驱动手腕转动的驱动力矩( )驱 cmN- 惯性力矩( )惯 c参与转动的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回转缸的动片)对转动偏M轴线所产生的偏重力矩( )东北林业大学本科设计- 6 -下面以图 4-1 所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算：（1）手腕加速运动时所产生的惯性力矩 M 惯若手腕起动过程按等加
20、速运动，手腕转动时的角速度为 ，起动过程所用的时间为，则：t（3-2）).(1cmNtJ）（惯式中: - 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 J- 工件对手腕转动轴线的转动惯量1 ).(2sc若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 为：1J（3-3）gGJc121e式中： - 工件对过重心轴线的转动惯量cJ ).(2scmN- 工件的重量(N)1G- 工件的重心到转动轴线的偏心距(cm)e- 手腕转动时的角速度(弧度/s)- 起动过程所需的时间(s)t 起动过程所转过的角度 (弧度)（2）手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 M 偏+ ( ) （3-4）偏M1eG3cmN式中:
21、 - 手腕转动件的重量(N)3G- 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm) e当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 1e03.手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 封M（3-5）)(21cmNdRfBA封式中: ， - 转动轴的轴颈直径(cm)1d2- 摩擦系数，对于滚动轴承 ，对于滑动轴承f 0.f 1.0f, - 处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，ARB手腕结构设计- 7 -根据 ,得：0FMB（3-6）321BRlGl（3-7）23lGl同理，根据 ,得：0FMB（3-8）llGlGRA )()()( 321式中： - 的重量 (N)2G 如图 4-1 所示的长度尺寸(c
22、m)310l东北林业大学本科设计- 8 -4 手臂伸缩、升降回转气缸的尺寸计算和校核4.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核4.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用 CTA 型气缸，尺寸系列初选内径为 100/63。4.1.2 尺寸校核1.在校核尺寸时，只需校核气缸内径 半径 R=31.5mm 的气缸的尺寸满足mD631使用要求即可,设计使用压强 ,MPa4.0则驱动力： （4-1）2RF)(146031502N测定手腕质量为 50kg,设计加速度 ，则惯性力：sma（4-2）F1)(
23、50N2.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数 ,2.k（4-3）1.Fm)(05N总受力 （4-4）m1)(605F所以标准 CTA 气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。手臂伸缩、升降回转气缸的尺寸计算和校核- 9 -4.1.3 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，应该采用导向装置。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
24、本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。4.1.4 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，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。4.2 手臂升降缸的尺寸设计与校核4.2.1 尺寸设计（1）测定手腕质量为 80kg,则重力：（4-5）mgG)(801N（2）设计加速度 ，则惯性力：sa5（4-6）maG1)(4058N考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数 ，.k（4-7）1Gm)(40.N总受力 （4-8）mq1)(2408所以设计尺
25、寸符合实际使用要求。0Gq东北林业大学本科设计- 10 -4.3 手臂回转缸的尺寸设计与校核4.3.1 尺寸设计气缸长度设计为 ,气缸内径为 ,半径 R=105mm,轴 mb120mD210半径 ,气缸运行角速度 = ，加速度时间 0.5s,压强mD402Rs/9 tMPa.（4-9）2)(rRpbM).(5)02.15.(04.6mN4.3.2 尺寸校核测定参与手臂转动的部件的质量 ,分析部件的质量分布情况，质量密度kg120等效分布在一个半径 的圆盘上，那么转动惯量：r20（4-10）1rmJ20.（ ）6.kg（4-11） tJM惯 ).(10859mN考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一
26、摩擦系数 2.0k（4-12）惯摩 k.）（ N.451082总驱动力矩：（4-13）摩惯驱 M）（ mN.413508设计尺寸满足使用要求。M驱 气动系统设计- 11 -5 气动系统设计5.1 气压传动系统工作原理图图 6-1 为该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 0.4-0.6MPa）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。图 5-1 机械手气压传动原理图表 5-1 气动元件序 号 型 号 规 格 名 称 数 量1 QF-44 手动截止阀 12 储气缸 23 QSL-26-S1 分水滤气器 1
27、4 QTY-20-S1 减压阀 15 QIU-20-S1 油雾器 16 YJ-1 压力继电器 17 Q24DH-10-S1 二位五通电磁滑阀 18 Q24D2H-10-S1 二位五通电磁滑阀 49 Q24D2H-15-S1 二位五通电磁滑阀 110 单向节流阀 211 LI-25 单向节流阀 212 快速排气阀 1各执行机构调速，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东北林业大学本科设计- 12 -尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可以加快启动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂
28、上升速度。由于手臂可自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。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调节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，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。机械手的 PLC 控制- 13 -6 机械手的 PLC 控制6.1 可编程序控制器的选择及工作过程6.1.1 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 P
29、C,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11 。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 OMRON 公司的 C28P 型可编程序控制器12。6.1.2 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 4 个阶段12。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11。输入输出状态暂存器也称为 I/O 状态表.该表是一个专门存放
30、输入输出状态信息的存储区12。开机时，CPU 首先使 I/O 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/O 状态表中存放8 。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在 I/O 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9，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/O 状态表后，CPU 工作进入到第三个阶段8。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/O
31、状态和有关指令进行运算和处理9，最后将结果写入 I/O 状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段：段 CPU 对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到 I/O 状态表状态暂存器中10。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8。然后，CPU 又返回执行下一个循环的扫描周期。6.2 机械手可编程序控制器控制方案6.2.1 系统简介控制对象为圆柱座标气动机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方向的伸、缩，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 机械手，还可完成抓、放功能。以上各动
32、作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀( 每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使机械手完成伸、缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的东北林业大学本科设计- 14 -直线运动转化为旋转运动。这样，可用 PLC 的 8 个输出端与电磁阀的 8 个线圈相连，通过编程，使电磁阀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。6.2.2 工业机械手的工作流
33、程此机械手用于自动输送线的上下料。当按下机械手启动按钮之后，机械手有如下动作：先右转至右限位开关动作(1DT 通电) 下降至下限位开关(5DT 通电) 手腕逆时针转动 90 (7DT 通电) 手臂伸长至限位开关(3DT 通电) 检查有无物品，若有物品，手爪抓紧(9DT 通电) 手臂收缩至限位开关(4DT 通电) 上升至上限位开关(6DT 通电) 左转至左限位开关动作(2DT 通电) 手腕顺时针转动 (8DT 通电) 手臂伸长至90最长(3DT 通电 ) 手爪松开 (10DT 通电) 延时 手臂收缩最短(4DT 通电)。至此，一个工作循环完毕。6.2.3 机械手工作时序图1.I/O 分配根据系统
34、输入输出点的数目，选用 OMRON C28P 型 PC，它有 16 个输入点，标号为 0000-0015， 12 个输出点，标号为 0500-0511。表6-1 I/O分配输入 输出启动 0000 手臂左转 0500停止 0001 手臂右转 0501手抓抓紧 0002 手臂伸长 0502左转限位开关 0003 手臂收缩 0503右转限位开关 0004 手臂上升 0504伸长限位开关 0005 手臂下降 0505收缩限位开关 0006 手臂逆转 0506上升限位开关 0007 手臂顺转 0507下降限位开关 0008 手臂抓紧 0508逆转限位开关 0009 手臂放松 0509顺转限位开关 00
35、10物品检测 00112.梯形图设计根据机械手的逻辑时序图及 I/O 分配，画出控制梯形图，如附图所示。由梯形图可以看出：(1)手臂左转的条件：左转不到位(0003 为 OFF)，收缩到位(0006 为 ON),上升到位(0007 为 ON)，手腕逆转到位 (0009 为 ON)，手爪抓紧 (0002 为 ON),无右转命令(0501 为OFF)。机械手的 PLC 控制- 15 -(2)手臂右转的条件：右转不到位(0004 为 OFF)，上升到位(0007 为 ON),收缩到位(0006 为 ON)，手腕顺转到位 (0010 为 ON)，手爪放松 (0002 为 OFF),无左转命令(0500
36、为 OFF)。(3)手臂伸长的条件：伸长不到位(0005 为 OFF)，无收缩命令(0503 为 OFF)，并且满足下列条件之一：1)右转到位(0004 为 ON)，下降到位(0008 为 ON)，手腕逆转到位(0009 为 ON)，手爪放松(0002 为 OFF)； 2)左转到位(0003 为 ON)，上升到位(0007 为ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON)。(4)手臂收缩的条件：收缩不到位(0006 为 OFF)，无伸长命令 0502 为 OFF，并且满足下列条件之一：1)右转到位(0004 为 ON)，下降到位(0008 为 ON)，手腕逆转到位(
37、0009 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON)； 2)左转到位(0003 为 ON)，上升到位(0007 为ON)，手爪抓紧 (0002 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON)。(5)手臂上升的条件：上升不到位(0007 为 OFF)，无下降命令(0505 为 OFF)，收缩到位(0006 为 ON)，手腕逆转到位(0009 为 ON)，手爪抓紧(0002 为 ON)，右转到位(0004为 ON).(6)手臂下降的条件：下降不到位(0008 为 OFF)，无上升命令(0504 为 OFF)，右转到位(0004 为 ON)，收缩到位 (0006 为 ON)，手腕顺转到位(0010
38、为 ON)，手爪放松(0002为 OFF)。(7)手腕逆转的条件：逆转不到位(0009 为 OFF)，无顺转命令(0507 为 OFF)，右转到位(0004 为 ON)，收缩到位 (0006 为 ON)，下降到位 (0008 为 ON),手爪放松(0002 为 OFF)。(8)手腕顺转的条件：顺转不到位(0010 为 OFF)，无逆转命令(0506 为 OFF)，左转到位(0003 为 ON)，收缩到位 (0006 为 ON)，上升到位 (0007 为 ON),手爪抓紧(0002 为 ON)。(9)手爪抓紧的条件：手爪未抓到物品(0002 为 OFF)，无放松命令(0509 为 OFF)，并且
39、满足下列条件之一：1)右转到位(0004 为 ON)，伸长到位(0005 为 ON)，下降到位(0008 为 ON)，手腕逆转到位 (0009 为 ON)，检测到有物品(0011 为 ON), 2)左转到位(0003 为 ON)，伸长到位(0005 为 ON)，上升到位(0007 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为ON)。(10)手爪放松的条件：手爪抓紧(0002 为 ON)，无抓紧命令 (0508 为 OFF),并且满足下列条件一：1)左转到位(0003 为 ON)，伸长到位(0005 为 ON),上升到位(0007 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON)。 2)左转到位(000
40、3 为 ON),上升到位(0007 为 ON)，手腕顺转到位(0010 为 ON)，收缩到位(0006 为 ON)。另外，当按下停止按钮时，手臂停止动作，即手臂停止在不定的位置。3.机械手控制程序控制程序如表6-2,6-3东北林业大学本科设计- 16 -表 6-2 地址 指令 数据 地址 指令 数据0000 LD 0000 0038 AND 0007OR 1000 AND 0010AND NOT 0001 AND 0002OUT 1000 AND NOT 0006LD 1000 OR LDIL(02) AND NOT 0502LD NOT 0003 OUT 0503AND 0006 LD 00
41、06AND 0007 AND 0009AND 0009 AND 0002AND 0002 AND 0004AND NOT 0501 AND NOT 0007OUT 0500 AND NOT 0505LD 0004 OUT 0504AND 0008 LD 0004AND 0009 AND 0006AND NOT 0002 AND 0010LD 0003 AND NOT 0003AND 0007 AND NOT 0009AND 0010 AND NOT 0507AND 0002 OUT 0506OR LD LD 0003AND NOT 0005 AND 0006AND NOT 0503 AND 0
42、007OUT 0502 AND NOT 0002LD 0004 AND NOT 0010AND 0008 AND NOT 0506AND 0009 OUT 0507AND 0002 LD 0004AND NOT 0006 AND 0005LD 0003 AND 0008机械手的 PLC 控制- 17 -表6-3地址 指令 数据 地址 指令 数据0076 AND 0009AND 0011LD 0003AND 0005AND 0007AND 0010OR LDAND NOT 0002AND NOT 0509OUT 0508LD 0003AND 0007AND 0010AND 0002AND 000
43、5LD 1001OR LDAND NOT TIM(01)OUT 1001LD 1001TIM00LD 0003AND 0005AND 0007AND 0010LD 0003AND 0007AND 0010OR LDAND 0002AND NOT 0508OUT 0509LD NOT TIM00AND 1001东北林业大学本科设计- 18 -OR LD0111 ILC(03)结论- 19 -结论（1）本次设计的是气动通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手的自由度可变，控制程序可调，因此适用面更广。（2）采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境
44、变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境,同时成本低廉。（3）通过对气压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度,节省了 大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。 （4）机械手采用 PLC 控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定 PLC 程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。东北林业大学本科设计- 20 -参考文献1 张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，1988.2 蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，2001, 4.3 王雄耀.近代气动机
45、器人(气动机械手)的发展及应用.液压气动与密封，1999. 4 严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，1992.5 机械设计师手册.北京:机械工业出版社，1986.6 黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981.7 成大先.机械设计图册.北京:化学工业出版社.8 郑洪生.气压传动及控制.北京:机械工业出版社，1987.9 吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1995.10 徐永生.气压传动.北京:机械工业出版社，1990, 5.11 胡学林. 可编程控制器(基础篇). 北京: 电子工业出版社, 2003.12 胡学林. 可编程控制器(实训篇). 北京
46、: 电子工业出版社, 2004.13 Balch T, Mhybinette(2000),Social potentials for scalable Multi-Robot Formation IEEE International Cof. On Robotics and Automation(ICAR 2000):73-80.14 Magnus Boman(1999),Agent Programming in RoboCup 99.AgentLinkNewsLetter,(4),November 1999. 毕业设计评审意见表 A毕业设计题目 气动机械手回转臂结构设计学生姓名 专业班级指导教师评语:建议成绩：指导教师（签字）： 年 月 日毕业设计评审意见表 B毕业设计题目 气动机械手回转臂结构设计学生姓名 专业班级评阅人评语:建议成绩：评阅人（姓名、职称）: 年 月 日
