多用途气动机器人结构设计 摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手硬件和软件的组成，即PLC控制的气动机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点，PLC控制的特点。本文对机械手进行总体方案设计，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，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，画出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。
关键词： 工业机器人 机械手 气动 可编程序控制器（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
7.3.3 I/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
参考文献：
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3.金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用 ，2001
4.王雄耀.近代气动机器人(气动机械手)的发展及应用.液压气动与密封，1999, 5
5.严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，1992
6.机械设计师手册.北京:机械工业出版社，1986
7.黄锡恺，郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，1981
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9.郑洪生.气压传动及控制.北京:机械工业出版社，1987
10.吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1995
11.徐永生.气压传动.北京:机械工业出版社，1990, 5
