气动机械手的设计与制造在“学期项目式教学”中的应用

气动教学机械手的开发与开放实验应用作者：唐德栋韩天泉张雪亮来源：《大学教育》2016年第05期[摘要]根据机械手的控制要求，进行可编程序控制系统的输入/输出地址分配，利用顺序控制的方法实现控制系统的软件设计。

分析设计气动教学机械手的结构及气压驱动系统。

气动教学机械手的开发过程与开放实验项目结合，可以提高学生的独立科研能力，激发学生的创新潜能，为学生的创新、创业奠定坚实基础。

[关键词]机械手；可编程序控制；开放性实验；创新训练[中图分类号] TP241.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）05-0146-02现代工业技术中，随着液压与气压传动及机械手的迅速发展和广泛应用，各高校已经认识到其相关技术及人才培养的重要性和紧迫性。

[1]气动教学机械手是机电一体化技术的典型代表产品，涉及机械设计及制造技术、可编程序控制技术、气压驱动技术、传感器技术等。

本文设计了一种气动教学机械手，它作为机电一体化集成技术的教学载体，提供了一个开放、创新的综合教学平台，可以用于机械设计、机电一体化系统设计、机器人、气压传动等课程的理论教学演示及实验教学操作。

[2]一、机械手的结构方案设计教学机械手设计为三个自由度，分别为腰部回转运动（周向），大臂伸缩运动（径向），小臂升降运动（轴向）。

其具体结构如图1所示。

其中腰部的回转通过摆动气缸实现，手臂伸缩及手腕的升降通过直线气缸实现，直线气缸选用了多轴结构，保证了机械手的运动精度与刚度，并具有防扭转的效果，手爪的开合通过单独的气缸驱动。

机械手采用了模块化的设计理念，各个模块独立于整体，每个气缸可以单独控制，互不干涉。

二、机械手的气压驱动系统设计气压系统中方向控制阀可以通过改变阀芯位置，使气流流过不同的通道而改变气流运动方向。

本文采用的方向控制阀为三位五通电磁换向阀，分别控制四个气缸的伸缩[3]，实现机械手腰部、大臂、小臂及手爪的相应动作，每个气缸缸体安装两个磁性感应开关，用于检测气缸的极限位置。

气动助力机械手的设计理念
随着科技的不断发展，机械手在工业生产中发挥着越来越重要的作用。

而气动助力机械手的设计理念，则是在普通机械手的基础上，通过引入气动技术，实现更高效、更精准的操作。

本文将探讨气动助力机械手的设计理念及其在工业生产中的应用。

首先，气动助力机械手的设计理念主要包括两个方面，一是利用气动技术实现机械手的动力驱动；二是通过气动辅助装置提高机械手的灵活性和精准度。

气动技术作为一种清洁、高效的动力来源，可以为机械手提供稳定而强大的动力，从而实现更大范围、更高速度的操作。

而气动辅助装置则可以通过气压控制，实现机械手的精准定位和灵活操作，大大提高了机械手的工作效率和生产质量。

其次，气动助力机械手在工业生产中有着广泛的应用。

比如在汽车制造领域，气动助力机械手可以用于汽车零部件的装配和焊接，通过气动技术实现快速、精准的操作；在电子产品生产中，气动助力机械手可以用于半导体芯片的精细加工和组装，通过气动辅助装置实现微米级的定位精度。

可以说，气动助力机械手的设计理念已经成为工业生产中不可或缺的一部分，为生产企业带来了巨大的效益和竞争优势。

总之，气动助力机械手的设计理念以其高效、精准的特点，已经成为了工业生产中的重要技术。

随着气动技术的不断创新和发展，相信气动助力机械手将会在更多领域展现出其强大的应用价值，为工业生产带来更多的便利和效益。

气动机械手毕业设计气动机械手毕业设计随着科技的不断进步，机器人技术在工业领域的应用越来越广泛。

其中，气动机械手作为一种重要的机器人类型，具有灵活、高效、精准的特点，被广泛应用于生产线上的装配、搬运、喷涂等工作。

本文将探讨气动机械手的设计与优化，以及其在工业生产中的应用前景。

一、气动机械手的设计与优化1.1 气动机械手的结构与原理气动机械手主要由气动执行器、传动机构、控制系统和机械结构等组成。

其中，气动执行器是实现机械手运动的关键部件，常用的气动执行器包括气缸和气动马达。

传动机构通过传递气动能量，将气动执行器的运动传递给机械结构，实现机械手的动作。

1.2 气动机械手的设计要点在气动机械手的设计过程中，需要考虑以下几个要点：首先，根据实际应用需求确定机械手的工作范围、负载能力和精度要求。

不同的应用场景对机械手的要求不同，因此需要根据具体情况来确定设计参数。

其次，选择合适的气动执行器和传动机构。

气缸和气动马达具有不同的特点，需要根据机械手的工作特点来选择适合的气动执行器。

传动机构的设计也需要考虑传递效率、运动平稳性等因素。

最后，进行机械结构的设计与优化。

机械结构的设计要考虑刚度、稳定性、重量等因素，通过优化设计，提高机械手的工作效率和精度。

二、气动机械手在工业生产中的应用前景2.1 气动机械手的优势相比于其他类型的机械手，气动机械手具有以下几个优势：首先，气动机械手具有较高的工作速度和响应速度。

由于气动执行器的特点，气动机械手能够快速完成各种动作，提高生产效率。

其次，气动机械手具有较高的负载能力。

气动执行器能够提供较大的推力和扭矩，适合于承载较重的物体。

最后，气动机械手具有较低的成本。

相比于电动机械手，气动机械手的成本较低，适合于中小型企业的应用。

2.2 气动机械手的应用案例气动机械手在工业生产中有着广泛的应用。

以汽车制造业为例，气动机械手可以用于汽车零部件的装配、焊接和喷涂等工作。

在电子行业，气动机械手可以用于电子产品的组装和测试。

气动机械手的设计毕业设计论文
首先，根据气动机械手的工作原理和结构要求，我们选择了推杆气缸
作为驱动元件。

推杆气缸具有行程长、推力大的优势，适用于机械手的多
个关节。

在设计中，我们根据机械手所需的运动范围和推力要求选择了适
当的推杆气缸型号，并进行了合理的布置和装配。

其次，对于气动机械手的结构设计，我们选择了材料强度高、重量轻
的铝合金材料，并进行了强度计算和结构分析。

在设计过程中，我们考虑
了机械手在工作过程中的受力情况，确定了各个关节的尺寸和连接方式，
以保证机械手的稳定性和可靠性。

再次，对于气动机械手的控制系统设计，我们选择了先进的气动控制
阀及传感器，以实现机械手的精确控制。

在设计中，我们考虑了机械手的
运动范围、速度和承载能力等因素，确定了合适的控制策略，并进行了模
拟和仿真分析，以验证控制系统的性能。

最后，在气动机械手的实验验证与优化方面，我们通过搭建实验平台，对设计的机械手进行了性能测试和优化实验。

在实验中，我们利用传感器
和测量仪器对机械手的运动轨迹、力矩和功耗等进行了实时监测和分析，
以评价机械手的性能和效能，并对其进行了相应的优化设计。

综上所述，本文设计了一种气动机械手，并进行了详细的分析与优化。

通过设计和实验验证，证明了机械手的可行性和优越性。

未来可以进一步
改进和扩展该设计，以满足不同领域的自动化需求，并提高气动机械手的
性能和稳定性。

现代工业技术中，随着液压与气压传动及机械手的迅速发展和广泛应用，各高校已经认识到其相关技术及人才培养的重要性和紧迫性。

[１]气动教学机械手是机电一体化技术的典型代表产品，涉及机械设计及制造技术、可编程序控制技术、气压驱动技术、传感器技术等。

本文设计了一种气动教学机械手，它作为机电一体化集成技术的教学载体，提供了一个开放、创新的综合教学平台，可以用于机械设计、机电一体化系统设计、机器人、气压传动等课程的理论教学演示及实验教学操作。

[２]一、机械手的结构方案设计教学机械手设计为三个自由度，分别为腰部回转运动（周向），大臂伸缩运动（径向），小臂升降运动（轴向）。

其具体结构如图1所示。

其中腰部的回转通过摆动气缸实现，手臂伸缩及手腕的升降通过直线气缸实现，直线气缸选用了多轴结构，保证了机械手的运动精度与刚度，并具有防扭转的效果，手爪的开合通过单独的气缸驱动。

机械手采用了模块化的设计理念，各个模块独立于整体，每个气缸可以单独控制，互不干涉。

二、机械手的气压驱动系统设计气压系统中方向控制阀可以通过改变阀芯位置，使气流流过不同的通道而改变气流运动方向。

本文采用的方向控制阀为三位五通电磁换向阀，分别控制四个气缸的伸缩[３]，实现机械手腰部、大臂、小臂及手爪的相应动作，每个气缸缸体安装两个磁性感应开关，用于检测气缸的极限位置。

[４]由于手爪模块所需控制精度高，工作压力小，在该气缸的控制回路上安装了减压阀，确保手爪抓紧与松开的可靠性。

为了保证机械手运动的平稳性，每个气缸的进出口均安装了单向节流阀，可实现气缸运动速度的连续调整。

综上所述，气压系统回路如图2所示。

图2机械手气压原理图三、机械手的可编程控制系统设计1.机械手的动作顺序机械手将工件从A 点搬运至B 点，其具体的动作顺序为：机械手大臂伸出、小臂下降、手爪夹紧工件、腰部顺时针旋转90°、大臂缩回、手爪松开、小臂上升、腰部逆时针旋转90°回到原点位置。

气动机械手毕业设计论文气动机械手毕业设计论文引言气动机械手是一种基于气动原理实现运动的机械手臂，具有结构简单、成本低、负载能力强等优点。

在工业自动化领域，气动机械手的应用越来越广泛。

本篇论文旨在探讨气动机械手的设计和优化，以提高其性能和应用范围。

一、气动机械手的工作原理气动机械手的工作原理基于气动原理，通过气压的控制来实现机械手臂的运动。

气动机械手主要由气动缸、气控阀和传动机构组成。

当气压作用于气动缸时，气动缸会产生线性运动，从而带动机械手臂的运动。

而气控阀则用于控制气压的开关，从而控制机械手臂的动作。

二、气动机械手的设计要点1. 结构设计气动机械手的结构设计是保证其稳定性和负载能力的关键。

设计者需要考虑机械手臂的长度、材料强度、关节连接方式等因素。

此外，还需要合理安排气动缸和气控阀的位置，以确保机械手臂的运动路径和速度符合要求。

2. 控制系统设计气动机械手的控制系统设计是实现精确控制的关键。

设计者需要选择合适的气控阀和传感器，并设计相应的控制电路。

此外，还需要考虑气压的稳定性和控制精度，以确保机械手臂的动作准确可靠。

3. 优化设计为了提高气动机械手的性能和应用范围，设计者可以进行优化设计。

例如，可以采用多关节结构，增加机械手臂的自由度；可以采用高效的气控阀和传感器，提高机械手臂的控制精度；还可以采用轻量化材料，降低机械手臂的重量。

三、气动机械手的应用领域气动机械手在工业自动化领域有着广泛的应用。

它可以用于装配线上的零部件组装，可以用于搬运重物，还可以用于危险环境下的作业。

此外，气动机械手还可以应用于医疗、食品加工等领域，为人们的生活提供便利。

四、气动机械手的发展趋势随着科技的不断进步，气动机械手也在不断发展。

未来，气动机械手有望实现更高的负载能力和更高的控制精度。

同时，随着机器学习和人工智能的发展，气动机械手还可以实现自主学习和自主决策，从而更好地适应复杂的工作环境。

结论气动机械手作为一种基于气动原理的机械手臂，具有广泛的应用前景。

毕业设计（论文）开题报告1 选题背景及其意义1.1 课题来源本课题来自教师科研课题、教学需求和社会需要，是设计一种性能先进、满足教师教学、学生实践和模拟工业化生产的，基于单片机控制的四自由度气动机械手。

它简化了结构，增加了可控性，可实现机械手在XY平面的旋转，大小臂的升降、伸缩，手爪的抓紧和放松等功能，并配合物料台的自动送料，实现水平面定点取物和放物的功能，具有结构简单、操作方便、可靠性高等特点，为机电一体化教学提供了很好的范例，为工业化生产提供实用的机械手系统。

1.2 课题目的机器人技术是一种利用电子技术、信息技术使机械系统实现柔性化和智能化的自动化技术，在工科高校的本科教育和研究生培养中，占有举足轻重的地位，对于提高学生的工程能力，拓展生存空间有着非常重要的意义。

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人在生产中位置，提高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、能在有害环境（高温高压，低温低压，有毒气体、放射性等）下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

在工业生产线中，机械手臂具有很广泛的用途。

它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。

它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。

机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品的质量和生产效率。

近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。

电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展。

目前我过的工业机器人技术及其应用水平与国外相比，还是有着一定的差距，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。

包头职业技术学院教案首页教案附页教案内容附记一、教学设计本次课程是采用多媒体教学、任务式教学和学做一体化教学相结合的方式展开的，其教学过程通过以下六个环节完成：图1-2第一环节：资讯(获取信息)此过程通过机械手视频图像展示出来。

并结合着视频介绍此过程在工厂中的应用场合。

通过视频引入工作任务可使学生直观了解整个控制过程。

本环节的设计意图：通过播放一段机械手工作的视频来引入本次课程的任务。

因为该视频中的机械手的工作过程比较直观，因此比较容易引起学生的共鸣，并能激发学生对于学习本任务的兴趣。

第二环节：任务分析与计划通过此过程进行任务分析，并引出本任务的培养目标。

并引出该任务的重点和难点。

根据任务书分析制定流程进行小组分工，学生小组根据任务要求完成任务计划表。

能让学生更加深刻的理解自己设计中的不足和优点。

同时为了能够让学生更好的学习下一个工作任务，点评出优秀小组。

这六个教学环节的设计，都是围绕着多媒体技术进行的，这样设计能够更好的将任务驱动在教学中比较抽象的控制环节展示出来，能够使学生更加明确自己所要学习的内容和目标。

二、教学内容（一）机械手安装1.器件认识空气压缩机气缸气动两联件电磁阀组磁传感器2.气动系统组成及工作原理气动系统简而言之就是靠压缩空气来推动气缸运动进而带动元件运动。

整个系统基本组成包括空气压缩机（气泵）、油水分离器（俗称二联件）、电磁阀、气缸、各种辅助元件等几大要素组成，最终气教案内容附记3.根据控制要求和I/0地址分配表进行程序编制梯形图如下所示：教案内容附记教案内容附记附表：（一）气动机械手的安装工作任务单工作任务气动机械手的安装与调试任务一机械手的安装实施时间2学时实施地点机电一体化实验实训室任务分组每4人一组，共10组任务要求1.掌握气动系统的组成2.根据机械手初始位置的要求进行气路安装3.根据工艺要求进行气路的走线和捆扎4.确定磁性传感器的位置任务内容1. 任务分工2. 任务指引(1) 根据图1-1所示的机械手气动系统图连接气路图1-1姓名分工内容备注（二）气动机械手的调试工作任务单工作任务考核表。

摘要为工业机械手研制一个技术性能优良的控制系统，对于提高工业机械手的整体技术性能来说具有十分重要的意义。

本论文正是针对这一课题，选择了可编程控制器(PLC)作为工业机械手的控制系统，这对提升工业机械手的整体技术性能起到了良好的作用。

本论文的控制对象是由三个搬运机械手组成的机械手群，每个机械手完成八个根本动作，三个机械手互相配合动作。

机械手由气缸驱动，气缸受电磁阀控制。

限位开关检测机械手是否到达固定位置。

可编程控制器(PLC)控制每个机械手的动作，实现机械手群的自动运行。

本论文可编程控制器(PLC)选用西门子〔SIEMENS〕公司S7–200系列的CPU224，并扩展了EM221数字量输入模块和EM222继电器输出模块。

机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。

在软件上，设计了主程序和子程序。

主程序控制机械手群动作，子程序控制每个机械手动作。

本论文的重点放在PLC各硬件局部的设计和介绍、PLC梯形图的编写上。

在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题〞的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。

关键词：可编程控制器(PLC)；气动机械手；梯形图；CPU224；AbstractDevelops a technical performance fine control system for the industry manipulator, regarding enhances the industry manipulator's overall technical performance to have the extremely vital significance. The present paper is precisely in view of this topic, chose programmable logical controller (PLC) to take the industry manipulator's control system, this to promoted the industry manipulator's overall technical performance toplay the good role.The present paper controlled member is by three the manipulator group which transports the manipulator to be posed, each manipulator pletes eight elementary actions, three manipulators coordinate the movement mutually. The manipulator actuates by the air cylinder, air cylinder solenoid valve control. The limit switch examines the manipulator whether arrives the stationary position.The programmable logical controller (PLC) controls each manipulator's movement, realizes the manipulator group automatic movement. Present paper programmable logical controller (PLC) selects SIEMENS Corporation S7–200 series CPU224, and expanded the EM221 numeral quantity load module and the EM222 relay output module. Manipulator's switch quantity signal direct input PLC, PLC controls through the intermediate relay to the solenoid valve. On the software, has designed the master routine and the subroutine. The master routine controls the manipulator group movement, the subroutine controls each manipulator to act.The present paper key point places the PLC various hardware part the design and the introduction, in the PLC trapezoidal chart pilation. Defers to in the overall design process “asks the question, the analysis question, solves the problem〞 the guiding ideology, has made the careful elaboration to the overall system design workKey words：Programmable Logical Controller (PLC) ；Air Ooperated Mmanipulator；Trapezoidal Cchart；CPU224；目录第1章绪论11.1 机械手的概念11.2 气动机械手的简介11.2.1 气动技术11.2.2 气动机械手21.2.3 气动机械手的开展趋势3第2章方案论证42.1 机械手的设计42.1.1 气动搬运机械手的结构42.1.2 气动搬运机械手的工作原理42.2 气动搬运机械手群52.2.1 气动搬运机械手群结构52.2.2 气动搬运机械手群工作原理62.3 本论文的主要内容与达到的目标62.4 本系统的控制方案6第3章系统硬件电路的设计73.1 PLC的简介773.1.2 PLC的应用领域83.1.3 PLC的系统组成83.1.4 PLC的工作原理103.2 输入/输出信号123.3 PLC的选型143.4 I/O地址分配163.5 PLC外部接线183.6 电气控制原理21第4章软件设计224.1 机械手1控制程序224.2 机械手2控制程序254.3 机械手3控制程序284.4 机械手群主程序31第5章结论34参考文献35致谢35附录Ⅰ37附录Ⅱ53附录Ⅲ58第1章绪论机械手是近几十年开展起来的一种高科技自动化生产设备。

一、实训目的本次实训旨在通过实际操作和理论学习，使学生了解和掌握气动机械手指的结构、工作原理及操作方法。

通过实训，使学生能够熟练地运用气动机械手指进行简单的抓取、放置等操作，提高学生的实际动手能力和综合素质。

二、实训内容1. 气动机械手指的组成及工作原理（1）组成气动机械手指主要由以下几个部分组成：1）气动元件：包括气源、气管、减压阀、电磁阀等。

2）机械结构：包括手指主体、手指关节、手指末节等。

3）控制系统：包括控制器、传感器、执行器等。

（2）工作原理气动机械手指的工作原理是利用压缩空气作为动力，通过气压控制手指的运动。

当压缩空气进入手指内部时，手指关节和末节会产生相应的运动，实现抓取、放置等功能。

2. 气动机械手指的操作方法（1）连接气源1）将气管连接到气源。

2）调节减压阀，使气压稳定在设定值。

（2）安装手指1）将手指主体安装在适当的位置。

2）根据手指的形状和大小，调整手指关节和末节的相对位置。

（3）调试手指1）打开控制器，检查手指的运动是否顺畅。

2）根据实际需求，调整手指关节和末节的运动范围。

3. 气动机械手指的实训操作（1）抓取操作1）将手指放置在目标物体上方。

2）通过控制器控制手指关节和末节的运动，使手指夹紧目标物体。

3）将手指移动到指定位置，释放目标物体。

（2）放置操作1）将手指放置在目标物体上方。

2）通过控制器控制手指关节和末节的运动，使手指放松。

3）将手指移动到指定位置，完成放置操作。

4. 气动机械手指的维护与保养（1）定期检查气动元件，确保气源、气管、减压阀、电磁阀等部件正常工作。

（2）定期清洁手指关节和末节，防止灰尘和杂物进入。

（3）定期检查控制系统，确保控制器、传感器、执行器等部件正常工作。

三、实训心得通过本次实训，我对气动机械手指有了更深入的了解，以下是我的一些心得体会：1. 气动机械手指在工业生产中具有广泛的应用前景，能够提高生产效率，降低劳动强度。

2. 气动机械手指的操作相对简单，但需要掌握一定的技巧，才能实现高效的抓取和放置操作。