实用型机械手。
学院：机电工程学院。
班级：机械117班
学号：2011800147
姓名：薄洪洋
日期：2014.05.25
目录 ii第一章设计任务书 1
1.1控制要求 1
1.2动作顺序： 1
第二章机械手机械部分的选择与设计 2
2.1手部设计基本要求 2
2.1.1典型的手部结构 2
2.1.2选择手抓的类型及夹紧装置 2
2.2腕部设计的基本要求 3
2.2.1典型的腕部结构 3
2.2.2腕部结构和驱动机构的选择 3
2.3臂部设计 4
2.3.1臂部设计的基本要求 4
2.3.1手臂的典型机构以及结构的选择 4
2.4机身的设计 5
2.4.1机身的整体设计 5
第三章机械手控制系统设计 6
3.1输入和输出点分配表及原理接线图 6
3.2 控制程序 7
3.3梯形图及指令表 9
3.3.1梯形图 9
3.3.2指令表 13
课程设计总结以及体会 14
参考文献 14
为简易型机械手设计自动控制方案，要求采用可编程控制器控制。机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。
如图a所示，将物体从位置a搬至位置b机械手整个搬运过程要求都能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制机自动控制或半自动控制（又称单周期控制），以便对设备进行调整和检修。图b是机械手控制系统的逻辑流程图。
系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位、左位。
图a机械手动作原理图。
图b1）机械手从原点位置起始下移到a处下限位→从a处夹紧物体后上升至上限位→右移至右限位→机械手下降至b处下限位→将物体放置在b处后→上升至上限位→左移至左限位（原点）为一个循环。
2）上限、a、b下限、左限、右限分别由限位开关控制；机械手设立起动和停止开关。
3）机械手夹紧或松开的工作状态以及到达每一个工位时，均应有状态显示。
4）机械手的夹紧和放松动作均应有1s延时，然后上升；机械手每到达一个位置均有0.5s的停顿延时，然后进行下一个动作。
5）若机械手停止时不在原点位置，可通过手动开关分别控制机械手的上升和左移，使之回到原点。
1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。
2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度），以便于抓取工件。
3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。
4） 应保证手抓的夹持精度。
1） 回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。
2） 移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。
3）平面平移型。
本设计是设计平动搬运机械手的设计，常用的工业机械手手部，按握持工件的原理，分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体，不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指，夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移。
型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，这种手指结构简单， 适于夹持平板方料， 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置， 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指， 驱动力需加在手指移动方向上，这样会使结构变得复杂且体积庞大。
显然是不合适的，因此不选择这种类型。通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下机械手手抓闭和，在压力作用下，弹簧被压缩，从而机械手手指张开。
1） 力求结构紧凑、重量轻。
腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
2）结构考虑，合理布局。
腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。
3） 必须考虑工作条件。
对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。
1) 具有一个自由度的升降驱动的腕部结构。它具有结构紧凑、灵活等优点而被广腕部回转，总力矩m，需要克服以下几种阻力：克服启动惯性所用。
回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定（一般小于）。
2) 齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。
3) 具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。
4) 机-液结合的腕部结构。
本设计要求手腕能够升降，综合以上的分析考虑到各种因素，腕部结构选择具有一个自由度的升降驱动腕部结构，采用气压驱动。
手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3个运动：
伸缩、回转和升降。本章叙述手臂的伸缩运动，手臂的回转和升降运动设置在机身处，将在下一章叙述。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。
因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。
一、 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻。
1.根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。2.提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。
3.合理布置作用力的位置和方向。4.注意简化结构。5.提高配合精度。
二、 臂部运动速度要高，惯性要小。
机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在，大部分平均移动速度为，。在速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。
减少惯量具体有3个途径：
1.减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。2.减少臂部运动件的轮廓尺寸。3.驱动系统中设有缓冲装置。
三、手臂动作应该灵活。
为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。
常见的手臂伸缩机构有以下几种：
1.曲柄滑杆（活塞）机构具有结构简单、承载能力强、工作可靠等优点，但曲柄滑杆（活塞）机构存在急回特性、传动效率较低等不足，其行程增加也受到很大限制，如需增加行程，就要按比例增加曲柄的回转半径和滑杆（活塞）的长度，结果将导致整机重量的急剧增加，而出现大幅度增加生产制造成本、影响运输和安装等一系列问题。
2.凸轮滑杆机构是结构简单的高副机构，存在着行程短、磨损严重、传动效率低等缺点，主要应用传递较小动力的机械，如内燃机的配气系统等。
3.齿轮齿条机构具有配比自由、制造容易、承载能力强、移动平稳、安装定位精度不高等在现代机械中得到广泛应用。但齿轮齿条容易出现磨损而需要补偿、其行程大小也受到一定限制。
4.螺杆螺母（滚珠丝杠）机构的加工精度和定位要求比较高，需动力机的正反旋转来实现而导致传动效率低，还存在承载能力小、容易出现磨损而需要补偿等缺点。
5.双导杆伸缩机构杆不旋转，带左右导向杆，刚度和精度较高，安装尺寸比较紧凑（比较薄），适合在空间小的地方用，且使用在有一定定位精度要求和夹紧要求的场合。
手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层气压缸空心结构。通过以上，综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用气压驱动，气压缸选取双作用气压缸。
机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。
机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。
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