多用途气动机器人结构设计Word格式.docx

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StructuralDesignofMulti-purposePneumatic

Robot

AbstractAtfirst,thepaperintroducestheconceptionoftheindustrialrobotandtheEller.Dairyinformationofthedevelopmentbriefly.What’smore,thepaperaccountsforthebackgroundandtheprimarymissionofthe

topic.Thepaperintroducesthefunction,composingandclassificationofthemanipulator,tellsoutthefree-degreeandtheformofcoordinate.Atthesametime,thepapergivesouttheprimaryspecificationparameterofthismanipulator,Thepaperdesignsthestructureofthehandandtheequipmentofthedriveofthemanipulator.Thispaperdesignsthestructureofthewrist,computestheneededmomentofthedrivewhenthewristwheelsandthemomentofthedriveofthepump.Thepaperdesignsthestructureofthearm.Thepaperdesignsthesystemofairpressuredriveanddrawstheworkprinciplechart,themanipulatorusesPLCtocontrol.ThepaperinstitutestwocontrolschemesofPLCaccordingtotheworkflowofthemanipulator.Thepaperdrawsouttheworktimesequencechartandthetrapeziumchart.What’smore,thepaperworkoutthecontrolprogramofthePLC,

KEYWORDS:

industrialrobotmanipulatorpumpairpressuredrive PLC

目 录

第一章 引言

1.1机械手概述 1

1.2气 动 机 械 手 的 设 计 要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.3机 械 手 的 系 统工作 原 理 及 组成.....................................． 2

第二章机械手的整体设计方案

2.1机 械 手 的 座 标 型 式 与 自 由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

2.2机 械 手 的 手 部 结 构 方 案 设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.3机 械 手 的 手 腕 结 构 方 案 设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.4机 械 手 的 手 臂 结 构 方 案 设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.5机 械 手 的 驱 动 方 案 设

计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.6机 械 手 的 控 制 方 案 设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.7机 械 手 的 主 要 技 术 参

数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8第三章手部结构设计

3.1 夹 持 式 手 部 结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

3.1.1手指的形状和分类

3.1.2设计时考虑的几个问题

3.1.3手部夹紧气缸的设计第四章手腕结构设计

4.1手 腕 的 自 由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

4.2手 腕 的 驱 动 力 矩 的 计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩

4.2.2回转气缸的驱动力矩计算

4.2.3回转气缸的驱动力矩计算校核

第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核

5.1手 臂 伸 缩 部 分 尺 寸 设 计 与 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

5.1.1尺寸设计

5.1.2尺寸校核

5.1.3导向装置

5.1.4平衡装置

5.2手 臂 升 降 部 分 尺 寸 设 计 与 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

5.2.1尺寸设计

5.2.2尺寸校核

5.3手 臂 回 转 部 分 尺 寸 设 计 与 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

5.3.1尺寸设计

5.3.2尺寸校核第六章气动系统设计

6.1 气 压传动 系统工 作原理图 及元器 件的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

第七章机械手的PLC控制系统设计

7.1可 编 程 序 控 制 器 的 选 择 及 工 作 过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

7.1.1可编程序控制器的选择

7.1.2可编程序控制器的工作过程

7.2可 编 程 序 控 制 器 的 使 用 步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

7.3机 械 手 可 编 程 序 控 制 器 控 制 方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

7.3.1控制系统的工作原理及控制要求

7.3.2气动机械手的工作流程

7.3.3I/0 分配

7.3.4梯形图设计

第 八 章 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

致

谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

．．．．．．37

参 考 文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

．．38

第一章 引言

1.1工业机械手概述

工业机器人由操作机（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生产设备。

特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

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。

机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;

尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。

随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。

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。

气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。

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。

但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，

所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

气动技术有以下优点:

（1）介质提取和处理方便。

气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:

介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题.

（2）阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小（一般不卜浇塞仅为油路的千分之一），空气便于集中供应和远距离输送。

外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。

（3）动作迅速，反应灵敏。

气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。

气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。

（4）能源可储存。

压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。

（5）工作环境适应性好。

在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。

（6）成本低廉。

由于气动系统工作压力较低，