1、.wd工程設計可行性分析報告專 業 機械制造及其自動化 學生姓名 班 級 學 號 指導教師 完成日期 2021年7月 5日 ?氣動機械手驅動系統可行性分析報告?一、概述 機械手在機械工業中，如沖壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等都有應用在其它部門，如輕工業、建筑業，國防業等工作中都有應用。應用機械手，有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高生產小路和減低生產本錢。同時，在高溫、低溫、有灰塵、噪聲、有輻射或有毒性污染以及工作空間狹窄的場合，用人手直接操作是有為危險的，而用機械手即可局部或全部的代替人平安的完成工作，是勞動強度得以改善。尤其

2、是較笨重的、簡單而重復次數多的操作中，以機械手代替人手，可防止由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。而且應用機械手代替手工作，這是直接減少人力的一個方面，同時應用機械手可以連續的工作，是減少人力的另一個側面。因此在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確的控制生產的節拍，便于有節奏的進展生產。因此，有效的應用機械手，是開展機械工業的必然趨勢。二、本工程設計的國內外研究、開發、應用和維護現狀早在四十年代隨著原子能工業的開展，已出現了模擬關節的第一代機械手，屋十到六十年代，即制成了傳送或裝卸工件的通用機械手和數控示教再現型機械手，這種機械手也稱為第二代機械手。七十年代，

3、又相繼把通用機械手用于汽車的車身的點焊和沖壓生產自動線上，是第二代機械手進入了應用階段。八十年代開場研制具有更多的自由度的機械手，接著能自動編程的機械手，有行走機構的機械手及自動編程的機械手便產生了。目前工業機械手主要用于流水線工件傳送、焊接、裝配、機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，無論數量品種和性能方面都能滿足工業開展的需要。在國內主要是開展各方面的機械手，逐步擴大應用范圍，以減輕勞動強度，改善作業條件，在應用專用機械手的同時，相應的開展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手，組合式機械手等，將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移，俯仰等機構，以及用于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用

4、機構，以便根據不同的作業要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機械手，即便于設計制造，又便于改換工作，擴大了應用范圍，同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以更好的發揮機械手的作用。專用機械手經過幾十年的開展，如今進入了以通用機械手為標志的時代，由于通用機械手的應用和開展，進而促進了智能機器人的研制，智能機器人涉及的內容，不僅包括一般的機械，液壓、氣動知識，而且還應用一些電子技術，通訊技術，計算機技術，仿生學和假肢工藝等，它是一門綜合性較強的新技術。目前，國內外對其開展都很重視，幾十年來，這類技術的開展和研制，一直比擬活潑，設計在不斷的改良，品種在不斷的增加，應用領域也不斷的擴大。機械手的

5、開展趨勢：1研制能自動編程和自動改變程序的機械手。重點研究開放式，模塊化控制系統，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于PC機網絡式控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。2研制具有一定“感觸和“智力的機器人。這種機械手，具有各種傳感裝置，并配有計算機，根據仿生學的理論，用計算機，充當其“大腦，使它能“思考能“分析，能“記憶。3多智能體調控制技術：這是目前機械手研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系構造、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控制等方面進展研究

6、。4微型和微小機械手技術：這是機械手研究的一個新的領域和重點開展方向。過去的研究在該領域幾乎是空白，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產生不可估量的影響，微小型機器人技術的研究主要集中在系統構造、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。機器人的構造靈巧，控制系統愈來愈小，二者正朝著一體化方向開展。5軟機器人技術:主要用于醫療、護理、休閑和娛樂場合。傳統機器人設計未考慮與人嚴密共處，因此其構造材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其構造、控制方式和所用傳感系統在機器人意外地與環境或人碰撞時是平安的，機器人對人是友好的。為進一步

7、提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩、非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統的實用化。6仿人和仿生技術：這是機械手技術開展的最高境界，目前僅在某些方面進展一些根底研究。 因此，機器人將成為“無人化系統的重要組成環節之一。三、工程設計的方案論證本設計采用綜合傳動方式，即手臂采用電氣傳動，而手爪采用氣壓傳動。我們主要對機械的執行機構，驅動系統，控制系統進展設計一、執行機構 執行機構包括手部、手臂、軀干。手指是我們采用回轉式手指。回轉式手指一般沒有手掌，全靠手指握緊物體。這類手指類型比擬多，

8、常見的有：單滑銷桿式、連桿杠桿式、齒輪杠桿式、以及具有鎖緊性能和彈性性能的手部。我們采用的手部形式為單滑銷桿式。手臂采用直臂式，這樣有足夠的強度和剛度，而且構造簡單，緊湊，不易損壞。 軀干采用兩桿支撐的立柱做豎直方向運動的形式。二、驅動機構驅動裝置主要是液壓驅動，氣壓驅動，電壓驅動和機械驅動四種。由于氣壓傳動具有防火，防爆，節能，高效使用PLC控制使設計緊湊。所以我們采用PLC控制氣動機械手是綜合性能比擬好的。這樣設計還可適用于高溫，粉塵等較惡劣的環境。因此氣動驅動的機械手，用起來比擬平安，方便優符合我國的國情；節約資源，保護環境，而且，氣壓機械手構造簡單，重量輕，動作迅速，平穩，可靠是一種比

9、擬理想的工業產品之一。因此，我們選用氣壓驅動的方式。 本設計方案在氣壓驅動的根底上添加電力驅動系統。 我們采用一個直動式氣缸，分別實現機械手指的抓緊、放松；采用一個步進電機實現機械手的上升、下降一個直流電機實現左轉、右轉運動。三、控制系統 主要有數字控制，小型計算機控制或微處理器控制。 因為PLC具有可靠性高，抗干擾性強，控制系統構成簡單，通用性強，編程簡單，使用維護方便，體積小，重量輕等特點。因此PLC作為一種通用的工業控制器，適用于工業機器人，在生產自動線上廣泛使用，在我們選用的小型計算機控制，使用PLC編程。我們用PLC編程控制一個氣缸、兩個電機的運動實現機械手的各種動作，并且機械手的手

10、動和自動操作方式， 實現它的各種控制要求。機械手的控制要求 機械手要分手動操作和自動操作兩種方式。自動操作又分為單工布、單周期和連續運動三種。 手動操作：供維修用。即用按鈕對機械手的每一種動作進展單獨的控制。例如，中選擇上/下運動時，按下運動按鈕， 機械手上升；按下停頓按鈕時，機械手下降。其他動作，依此類推。 單工部運行：調試試用，即每按一次起動按鈕，機械手按順序向前執行一個動作后停頓。 單周期運行：供首次檢測用，當機械手在原點時，按下起動按鈕時，機械手自行執行一個周期的動作后，自動停頓在原點。 自動連續運行：正常工作用，當機械手在原點并按下起動按鈕時，機械手周而復始地執行各工步動作。四、工程

11、設計方案的可行性論證氣動技術是實現生產工業自動化的方式之一，由于氣壓傳動系統平安可靠，可以在高溫、振動、腐蝕、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣的環境下工作，所以應用日益廣泛。用氣控機械手代替手工作業是工業自動化開展的一個方向。步進電機的技術的日益成熟和廣泛應用，使其定位精度高，便于控制的優勢得以發揮，將步進電機與氣動組合應用，使機械手的性能大大提高。同時，隨著PLC性能價格比的不斷提高，PLC的應用領域非常廣泛，目前，PLC在國內外廣泛應用于冶、機械、石油、交通運輸等各個方面。一般來說，PLC是自動生產線上不可缺少的控制部件。PLC作為一種通用的工業控制器，適用于工業機械手的控制。在該設計

12、中，機械手的手爪的抓緊、放松采用氣壓驅動，手臂的上升、下降由步進電機來驅動，底盤的旋轉由直流電機驅動，控制局部采用F1系列小型PLC，型號為F1-40MR。目前，機械手向越來越緊湊，越來越快，越來越強力的方向開展，因為，緊湊的設計可便于在車間中安裝。較快的速度可提高生產量，而提高有效載荷能力可以操作更大的零件。因此我們采用氣動驅動提高速度。使用PLC控制室設計緊湊。所以我們采用PLC控制的氣動機械手是綜合性能比擬好的機械手。五、結論及工程方案實施的展望經過這段時間的設計，氣壓驅動機械手根本設計完畢，其內容根本到達要求。系統的分析與設計過程也是對學習的總結過程，更是進一步學習和探索的過程。該設計任務涉及氣壓驅動、電力驅動、PLC、電氣控制等，在這個過程中，我對氣壓驅動系統設計、步進電機工作原理及驅動方式、可編程序控制器的編程及外部接線有了深刻認識，對機械手的工作原理有了進一步的掌握，在對機械手裝配圖的繪制中體會到CAD的優越性，同時對機械制圖在設計中的應用有了切身體會，而且該機械手采用氣壓與電力兩種驅動作為機械手的動力源，因此要綜合的考慮某些問題，防止沖突，使其發揮各自的優勢。機械手的設計是一項復雜的系統工程，必須嚴格按照系