毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：四自由度多用途气动机器人结构设计及控制 2015年4月目 录目 录2摘要4Abstract5第一章 绪 论61.1 课题研究背景61.2机械手的组成和分类61.2.1机械手的组成61.2.2机械手的分类91.3 国内外发展状况101.4课题的提出及主要任务111.4.1课题的提出111.4.2课题的主要任务13第二章 机械手的整体设计方案132.1 机械手的座标型式与自由度142.2 机械手的手部结构方案设计162.3 机械手的手腕结构方案设计162.4 机械手的手臂结构方案设计162.5 机械手的驱动方案设计162.6 机械手的控制方案设计162.7 机械手的主要技术参数16第三章 手部结构设计183.1 夹持式手部结构183.1.1手指的形状和分类183.1.2设计时考虑的几个问题193.1.3手部夹紧气缸的设计19第四章 手腕结构设计244.1 手腕的自由度244.2 手腕的驱动力矩的计算244.2.1手腕转动时所需的驱动力矩244.2.2回转气缸的驱动力矩计算274.2.3 手腕回转缸的尺寸及其校核28第五章 其他部位的设计与校核315.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核315.1.1 手臂伸缩气缸的尺寸设计315.1.2 尺寸校核315.1.3 导向装置325.1.4 平衡装置325.2 手臂升降气缸的尺寸设计与校核325.2.1 尺寸设计325.2.2 尺寸校核325.3 手臂回转气缸的尺寸设计与校核335.3.1 尺寸设计335.3.2 尺寸校核33第六章 气动系统设计35第七章 机器人的PLC控制系统设计377.1PLC简介377.1.1PLC的结构和工作原理387.1.2可编程序控制器的选择及工作过程417.2 机械手可编程序控制器控制方案437.2.1 控制系统的工作原理及控制要求43第八章 结 论51致 谢52参考文献53摘 要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。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。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）AbstractIn industrial production and other fields, due to the needs of work, people are often influenced by high temperature, corrosive and toxic gases harm, increase the labor intensity of workers, and even life threatening. Since the advent of manipulator and solve the corresponding problems. Manipulator can grasp in the space, place, moving objects, flexible, suitable for can transform the production of varieties of medium and small batch production automation, are widely used in flexible automatic line. Manipulator generally by the high temperature resistant, corrosion resistant materials, to adapt to the harsh environment, greatly reduces the labor intensity of workers, improve the working efficiency. Manipulator is an important part of industrial robots, in many cases it can be referred to as the industrial robot. Industrial robot is a mechanical, electronic, control, computer, sensors, artificial intelligence and other multidisciplinary advanced technology in the integration of the modern manufacturing important automation equipment. Widely used in industrial robots, not only can improve the quality of products and production, and to safeguard the personal safety, improve working environment, reduce labor intensity, improve labor productivity, save raw materials consumption and reduce production cost, it is of great significance.This paper briefly introduces the concept of industrial robots, robot hardware and software composition, the working principle of the PLC control system of pneumatic manipulator, mechanical parts design, the overall size of the characteristics of pneumatic technology, the characteristics of the PLC control. Overall scheme design of manipulator, this paper determines the coordinates of the manipulator and the degrees of freedom, determine the technical parameters of the manipulator. At the same time, the design of the manipulator hand clamping type structure, the structure design of the manipulator wrist, calculated the wrist when the drive moment and the driving moment of the rotary cylinder. Structure design of the manipulator arm. Designed the pneumatic system of the manipulator. Using the programmable controller to control the manipulator, select the appropriate type of PLC, according to the working process of the manipulator made the control scheme of programmable controller, draw the sequence diagram of the manipulator work, and draw the programmable controllers control program.Keywords：Pneumatic； industrial robot ；manipulator ；programmable controller (PLC)第一章 绪 论1.1 课题研究背景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。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。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;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，