气动机械手控制

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。此外，在食品加工、医药制造等行业，气动机械手也有着重要的应用。

综述与交流　监村日蓑晦　２０１３年ｌ０月　气动安装机械手的ＰＬ　Ｃ控制设计　张玉山　（太原市高级技工学校山西太原０３００２１）　摘要：随着科学技术的快速发展，气动安装机械手控制系统得到了很大改进，现如今，气动安装机械手控制系统都是　将ＰＬＣ作为系统的核心，在此基础上进行软件与硬件的设计，本文对气动控制系统设计进行分析，再进一步探讨电气控制　系统的设计。　关键词：气动安装机械手；ＰＬＣ；控制；设计　中图分类号：ＴＰ２４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—００３８（２０１３）３１—０１７６～０２　１前言　机械手具有多种类型，现在正在推广使用的是气动机械手，　气动机械手和传统的机械手存在很大的区别，其结构设计简单，　质量较轻，而且还具有环保作用，因此广受认可。尤其在追求环　保的今天，气动机械手更是适应了时代的要求，将成为机械手的　主要发展方向。　２气动控制系统的结构分析　气动系统在结构上与传统的系统结构，存在很大的不同，其　不但更先进化，而且整个系统的结构更简单，其主要组成有电磁　阀、气源、节流阀、气动三联件ＯＺ、真空发生器以及气缸。当气源　进行工作时，所需压力要大于６ｂａｒ，但是最大不可超过８ｂａｒ，使　用二位五通双电控电磁阀来完成平移、翻转换向阀的工作，至于　吸料以及推料的工作，则是由二位五通单电控电磁阀来完成。所　采用的电磁阀，均由ＡＩＲＴＡＣ公司所提供，一般情况下，所使用的　型号都为４Ｖ１　ｌＯ－Ｍ５。气缸则是由ＳＭＣ公司所提供，每种气缸不　相同，因此所使用的型号必然不同，翻转气缸所选用的型号为　ＣＤＭ２Ｂ２０—４５，推料气缸所使用的型号为ＣＤＪ２Ｂ１０—６０一Ｂ，平移气　缸所选用的型号为ＣＤＪ２Ｂ１６—６０一Ｂ，在每个气缸的气口上都安装　了单向节流阀，目的是保证每个元件在运行的过程中，可以保持　稳定状态运行。并采用气缸的开关对平移的左右限、翻转的前后　限以及推料的伸、收限都一一进行检查，保证其在使用中无不良　现象产生，气缸的开关、真空发生器等都是是由ＳＭＣ公司所提　供。　３电气控制系统的分析　电气控制系统比较复杂，ＰＬＣ是系统的核心，因此，电气控制　系统分析主要是介绍ＰＬＣ的型号选择以及ＰＬＣ的控制程序，从　这两个角度着手，认识气动安装机械手ＰＬＣ控制设计。　３．１　ＰＬＣ的控制分析　ＰＬＣ是气动安装机械手的主要组成部件，没有ＰＬＣ，气动安　装机械手无法实现现代化了，ＰＬＣ的输入信号总共有１１个，即６　个位置检测信号，３个起停控制信号以及２个联络信号；而输出　信号与输入信号相对比，其相对比价少，总共有７个输出信号，　即１个联络信号，６个电磁阀控制信号。电磁阀和继电器都有线　圈，两者的所拥有的线圈都是ＤＣ２４Ｖ，采用型号为ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ　的ＰＬＣ，２４点进行继电器的输出工作，相应的２４点进行直流的　输入工作，而且还可对外提供电流，电流可达２４Ｖ，由此看来，已　经完全可以达到控制的要求，可进行控制。气动安装机械手所接　受的信号只有两个：①信号４Ｃ５Ｂ，是一种结束信号，该信号是完　全安装完毕之后的工件，离开安装平台，安装机械手此时就会接　收到安装信号，即４Ｃ５Ｂ，对安装机械手起到复位的作用。②请求　・１７６・　信号４Ｃ５Ａ，该信号是大工件完好的安放在安装平台上之后，此　时，安装机械手会受到一个信号，就是４Ｃ５Ａ请求信号，而气动安　装机械手的通讯输出信号具有隔离的特点，可以进行隔离的主　要原因是中间继电器的作用，使其隔离，继电器Ｋｌ的作用主要　是用于气动安装机械手信号的运送，当气动安装机械手顺利完　成安装工作之，其他的机械搬取工件在此时得到允许，所产生的　信号。　ＰＬＣ系统结构较为复杂，具有各种各样的信号，每个信号的　功能都各种不同，正因为这些信号的存在，使ＰＬＣ系统可实现自　动化，与传统的系统相比，更为先进。　３．２　ＰＬＣ的控制功能　气动安装机械手控制系统具有３个控制功能，即联络控制、　单站控制以及停止控制，每个控制功能都具有其独特的特点，单　站控制在开始进行吸盘时，下方有工件２，在此情况下，翻转气缸　与推料气缸都处于同一个状态，都是处于回收的状态，将气缸缓　慢的移动，可将其平移到左右两边都可以。按ＳＢ１键，该键为单　站的启动键，按下之后安装模块就会开始执行吸料、放料等各种　工作，准确的顺利步骤为，先是吸盘吸料，然后是翻转气缸，气缸　的翻转方向为前方，再到工件２的搬运，将其搬运至安装的工作　台上，最后到吸盘放料、延时以及机械手向后进行翻转。当吸走　工件２的工作完成之后，上料模块便开始工作，上料块首先进行　的是推料，然后将料仓进行更换，当推料完成之后，吸盘机械手　就可以进行向后翻转的工作，直至达到原来的位置。如果信号比　较弱，或是没有信号的情况下，气动安装机械手依然可以循环运　作，不是由于信号的不足，停止运作，但是，此时需要注意的问题　是，需要在第一时间将位于安装工作台上的工件，全都都要撤　走，若是没有及时撤走这些部件，则会对机械造成一定的损害，　缩短其使用寿命，严重时还会导致机械无法运行。联络控制，将　工件１安放在安装工作台上，然后装搬运机械手撤离，此时，气　动安装机械手完全处于初始状态，启动联络按键ＳＢ２键，气动安　装机械手便开始运行，其控制方式和单站控制基本相同，在单站　控制方式的约束之下，进行安装以及上料，此时，如果同样遇到　信号不足的问题，气动安装机械手会完成下个工件的放置后，便　进到下一个工作的周期当中。最后是停止控制功能，顾名思义，　停止控制就是停止控制系统的运作，停止按键式ＳＢ３键，无论是　什么时候，只要按下ＳＢ３按键，整个系统都会停止工作，但是控　制系统是在完成当前工作的前提之下，才停止运行。　ＰＬＣ的控制功能有三个，每一个控制功能都体现出了ＰＬＣ　的科技化特点，尤其是联络控制、单站控制即便是在没有信号的　情况下，也可以运行，完成当前的工作，是ＰＬＣ独特之处。　３．

气动机械手自动掇运控翩系统的设计　电工电气　（２０１３　Ｎｏ．１）　

【Ｈ‘｜。。　＝　。　。　。。　。　？工艺与装备　、　≠；　｝０≠　｛　’　≠ｉ　ｔ　０　气动机械手自动搬运控制系统的设计　

陶海斌，倪俊芳　

（苏州大学机电工程学院，江苏苏州２１　５　０２１）　

摘要：　以三菱ＦＸ２Ｎ－４８ＭＲ可编程控制器ＰＬＣ为核心，设计了一种四自由度的气动搬运机械手，其　

结构主要包括：机械手基座、上臂、小臂、机械爪。针对气动机械手的控制要求和动作过程，采用气　

动原理技术及ＰＬＣ控制系统技术进行了开发，并给出了硬件电路及软件程序设计，实际应用表明，该　

机械手性能比较稳定，具有一定的扩展性。　关键词：　可编程控制器；机械手；控制系统；气动　

中图分类号：ＴＰ２４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—３１７５（２０１３）０１～００４９—０４　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　

Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｈａｎｄｌｉｎｇ　

ＴＡＯ　Ｈａｉ－ｂｉｎ，ＮＩ　Ｊｕｎ—ｆａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｏｃｈｏｗ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ　２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ，ａ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｄｅｇｒｅｅｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｄｏｍ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ，ｕｐｐｅｒ　ａｒｍ，ｓｍａｌｌ　ａｒｍ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｌａｍ—　ｐｅｒ　ｅｔｃ．Ｉｎ　ａｌｌｕｓｉｏｎ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ＰＬＣ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｅｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｅｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｉｓ　ｑｕｉｔｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｉｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　

第一章 绪论

1.1气动机械手的概述

我国国家标准(GB/T12643–90)对机械手的定义：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。”

机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手：它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手：它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

1.1.1 气动技术

气动技术—这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。气动技术(Pneumatics)是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。“Pneumatics”一词起源于希腊文的“Pneuma”，其原义为“呼吸”，后来才一演变成“气动技术”。

气动技术因具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单，以及防火、防爆、抗电磁干扰、抗幅射等优点广泛应用于汽车制造、电子、工业机械、食品等工业产业中。随着新材料、新技术、新工艺的开发和应用，气动技术己经突破传统的设计、制造理念，正在IC/LCD、微电子、生物制药、医疗机械等高技术领域扮演着重要角色。