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1、本科毕业论文（设计） 第 VII 页 本科毕业论文文（设计） 论文（设设计）题目：基于PLC的物物料分拣机械械手自动化控控制系统设计计学 院： 机械械工程学院 专 业：机械设计制造造及其自动化化 目 录目 录II摘 要IVAbstracctV第一章 前言言11.1 研究究的目的及意意义11.2 机械械手在国内外外现状和发展展趋势11.3 主要要研究的内容容21.4 解决决的关键问题题3第二章 执行行系统的分析析与选择42.1执行机机构坐标形式式的选择42.2 执行行机构的组成成62.3 执行行机构各部分分的分析与选选择62.3.1 手部的选择择62.3.2 手臂结构的的选择82.3.3 机座结
2、构的的选择92.4 执行行机构的工作作原理102.5执行机机构简图10第三章 驱动动系统的分析析与选择123.1 驱动动系统的分析析与选择123.2 机械械手驱动系统统的控制设计计133.3 气动动元件选取及及工作原理143.3.1 气源装置143.3.2 执行元件153.3.3 控制元件163.3.4 辅助元件173.3.5 真空发生器器183.3.6 吸盘183.4 气动回路的的工作原理18第四章 控制制系统的分析析设计224.1 控制制系统的组成成结构224.2 控制系统的的性能要求224.3 传感感器的选择234.3.1 位置检测装装置234.3.2 滑觉传感器器234.3.3 视觉传
3、感器器244.4 控制制系统PLCC的选型及控控制原理254.4.1 PLC控制系系统设计的基基本原则254.4.2 PLC种类类及型号选择择304.4.3 I/O点数数分配304.4.4 PLC外部部接线图324.4.5 机械手控制制原理324.5 PLLC程序设计计344.5.1 总体程序框框图344.5.2 初始化及报报警程序364.5.3 手动控制程程序374.5.4 自动控制程程序39第五章 总结结与展望42参考文献433致 谢444附 录45 基于PLC的物物料分拣机械械手自动化控控制系统设计计摘 要 机械手手在先进制造造领域中扮演演着极其重要要的角色。它它可以搬运货货物、分拣物物
4、品、代替人人的繁重劳动动。可以实现现生产的机械械化和自动化化，能在有害害环境下操作作以保护人身身安全，因此此被广泛应用用于机械制造造、冶金、电电子、轻工和和原子能等部部门。 本文在在纵观了近年年来机械手发发展状况的基基础上，结合合机械手方面面的设计，对对机械手技术术进行了系统统的分析，提提出了用气动动驱动和PLLC控制的设设计方案。采采用整体化的的设计思想，充充分考虑了软软、硬件各自自的特点并进进行互补优化化。对物料分分拣机械手的的整体结构、执执行结构、驱驱动系统和控控制系统进行行了分析和设设计。在其驱驱动系统中采采用气动驱动动，控制系统统中选择PLLC的控制单单元来完成系系统功能的初初始化、
5、机械械手的移动、故故障报警等功功能。最后提提出了一种简简单、易于实实现、理论意意义明确的控控制策略。通过以上部分的的工作，得出出了经济型、实实用型、高可可靠型物料分分拣机械手的的设计方案，对对其他经济型型PLC控制系系统的设计也也有一定的借借鉴价值。关键词: 机械械手，气动控控制，可编程程控制器（PPLC），自动动化控制，物物料分拣。The Dessign ffor The Automattic Controol Systeem of The Sortiing Materrials Manipuulatorr Basedd on PPLCAbstracct Mannipulaator ppla
6、ys an extreemely imporrtant role iin thee fielld of advannced mmanufaacturiing. IIt cann carrry goods, sort materiials and doo heavvy worrks insteead off the humann beinng. It allso caan realiize mechaanizattion aand auutomattion oof thee prodductioon, doo the jobs in haarmfull enviironmeent too pro
7、ttect tthe peersonaal saffety. So itt is wwidelyy usedd in mmetalllurgy, machhineryy manuufactuuring, elecctroniics, llight indusstry aand attomic energgy etcc.In thiss papeer,by reviewwing tthe deeveloppmentaal statuus of the maanipullator in reecent yearss, combbiningg the desiggn of manippulatoor
8、 and syystemaatic analyyzing technnologyy of tthe maanipullator, We propoosed tthe deesign schemme that the mmanipuulatorr was driveen by the ppneumaatic aand thhe sysstem wwas coontrollled bby PLCC. Integgrativve ideea wass adoppted iin thiis dessign tto fully conssider the chharactteristtics oof t
9、hee softtware and hhardwaare and ccompleementaary opptimizzationn. We anallyzed and deesigneed thee overrall sstructture, the iimplemmentattion oof strructurral, ddrivinng sysstem and ccontrool sysstem oof thee maniipulattor. WWe useed pneeumatiic-driiven iin thee drivving ssystemm, PLCC conttrol uu
10、nit iin thee conttrol ssystemm to ccompleete innitiallizatiion off the systeem, manippulatoors mmovingg, failuure allarm aand soo on. Finallly wee put forwaard a contrrol sttrateggy whiich iss simplle, easy to reealizee, and cclear theorreticaal siggnificcance. Thrrough the wwork abovee, a practtica
11、l, econommical, highh-reliiabiliity sortiing maateriaal mannipulaator was ddesignned, wwhich also had ceertainn refeerencee valuue forr the otherr typees of econoomicall PLC contrrol syystem desiggn. Key worrds: manippulatoor ；pneummatic-driveen； proggrammaable llogic contrrollerr (PLCC)； autommatic
12、 contrrol；soortingg mateerialss 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 61 页第一章 前言言1.1 研究究的目的及意意义机械手作为前沿沿的产品应自自动化设备更更新时的需要要，可以大量量代替单调往往复或高精度度需求的工作作，在先进制制造领域中扮扮演着极其重重要的角色。它它可以搬运货货物、分拣物物品、代替人人的繁重劳动动。可以实现现生产的机械械化和自动化化，能在高温温、腐蚀及有有毒气体等环环境下操作以以保护人身安安全，可以广广泛应用于机机械制造、冶冶金、电子、轻轻工业和原子子能等部门。 随着工工业的高速发发展，机械手手作为前沿的的产品应自动动化设备更新新时的需要，已经在
13、工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 可编程程控制器(PPLC)是以以中央处理器器为核心，综综合了计算机机和自动控制制等先进技术术，具有可靠靠性高、功能能完善、组合合灵活、编程程简单、功耗耗低等优点，已已成为目前在在机械手控制制系统中使用用最多的控制制方式。使用用PLC的自动动控制系统具具有体积小，可可靠高，故障障率低，动作作精度高等优优点。适应工业需要，本本课题试图开开发PLC对物料分拣机械械手的控制，并并借
14、助必要的的精密传感器器，使其能够够对不同颜色色的物料按预预先设定的程程序进行分拣拣，动作灵活活多样，适用用于可变换生生产品种的中中小批量自动动化生产，广广泛应用于柔柔性生产线。采采用PLC控制，是是一种预先设设定的程序进进行物料分拣拣的自动化装装置，可部分分代替人工在在高温和危险险的作业区进进行单调持久久的作业，并并且在产品变变化或临时需需要对机械手手进行新的分分配任务时，可可以允许方便便的改动或重重新设计其新新部件，而对对于位置改变变时，只要重重新编程，并并能很快地投投产，降低安安装和转换工工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。
15、1.2 机械械手在国内外外现状和发展展趋势 机械手手最早应用在在汽车制造工工业，常用于于焊接、喷漆漆、上下料和和搬运。机械械手延伸和扩扩大了人的手手足和大脑功功能，它可替替代人从事危危险、有害、有有毒、低温和和高热等恶劣劣环境中的工工作；代替人人完成繁重、单单调重复劳动动，提高劳动动生产率，保保证产品质量量。目前主要要应用于制造造业中，特别别是电器制造造、汽车制造造、塑料加工工、通用机械械制造及金属属加工等工业业。工业机械械手与数控加加工中心，自自动搬运小车车与自动检测测系统可组成成柔性制造系系统(FMSS)和计算机机集成制造系系统，实现生生产自动化。随随着生产的发发展，功能和和性能的不断断改
16、善和提高高，机械手的的应用领域日日益扩大。 目前，国国际上的机械械手公司主要要分为日系和和欧系。日系系中主要有安安川、oTCC、松下、FFANLUCC、不二越、川川崎等公司的的产品。欧系系中主要有德德国的KUKKA、CLOOOS、瑞典典的ABB、意意大利的C00毗U及奥地地利的工GMM公司。我国机械手起步步于20世纪纪70年代初初期，经过330多年发展展，大致经历历了3个阶段段：70年代代萌芽期，880年代的开开发期和900年代的应用用化期。在我我国，机械手手市场份额大大部分被国外外机械手企业业占据着。在在国际强手面面前，国内的的机械手企业业面临着相当当大的竞争压压力。如今我我国正从一个个“制
17、造大国”向“制造强国”迈进，中国国制造业面临临着与国际接接轨、参与国国际分工的巨巨大挑战，对对我国工业自自动化的提高高迫在眉睫，政政府务必会加加大对机器人人的资金投入入和政策支持持，将会给机机械手产业发发展注入新的的动力。随着机械手发展展的深度和广广度以及机器器人智能水平平的提高，机机械手已在众众多领域得到到了应用。从从传统的汽车车制造领域向向非制造领域域延伸。如采采矿机器人、建建筑业机器人人以及水电系系统用于维护护维修的机器器人等。在国国防军事、医医疗卫生、食食品加工、生生活服务等领领域机械手的的应用也越来来越多。在未来几年，传传感技术，激激光技术，工工程网络技术术将会被广泛泛应用在机械械手
18、工作领域域，这些技术术会使机械手手的应用更为为高效，高质质，运行成本本低。据猜测测，今后机器器人将在医疗疗、保健、生生物技术和产产业、教育、救救灾、海洋开开发、机器维维修、交通运运输和农业水水产等领域得得到应用。1.3 主要要研究的内容容随着机械手技术术的飞速发展展和机械手应用领领域的不断深深化，不仅要要求其控制可可靠性强、使使用灵活性高高和操作灵活活性好，还要要其成本低、可可开发经济性性强。本论文文主要研究物物料分拣机械械手以下几个个方面的内容容：(1) 物料分拣机械手手执行系统的的分析与选择择 执行系系统是由传动动部件与机械械构件组成，是是机械手赖以以实现各种运运动的实体。主主要包括机身身
19、、手臂、末末端执行器33部分组成，其其中每一部分分都可以具有有若干的自由由度。执行系系统的设计主主要是对机械械手的手部、手手臂和机座进进行设计。(2) 物料分拣机械手手驱动系统的的分析与选择择 驱动系系统是向执行行系统各部分分提供动力的的装置。通过过对液压、气气压、电气三三种驱动方式式的比较，本本设计选择气气压驱动的方方式。内容包包括气动元件件的选择及其其工作原理、气气动回路的设设计和气动原原理图的绘制制。(3) 物料分拣机械手手控制系统的的设计 控制系系统是机械手手的指挥系统统，它控制驱驱动系统，让让执行系统按按规定的要求求和时序进行行工作。本机机械手采用可可编程控制器器（PLC）对机机械手
20、进行控控制，主要包包括对PLC的型号号选择、传感感器类型进行行选择、I/O口的选择择、对控制系系统原理图、自自动程序梯形形图的绘制等等内容。1.4 解决决的关键问题题1 解决机械手手机械结构的的设计问题，要要求机械手结结构简单、经经济、具有一一定的代表性性。2 执行部件的的运动精度的的问题。3 机械手的控控制系统，包包括控制系统统的电路和控控制程序，并并解决工件和和控制 系统的协调调问题。4 元件的匹配配规则和知识识的获取及其其表达形式。5 传感器的类类型选择。第二章 执行行系统的分析析与选择机器手的执行结结构是机械手手赖以实现各各种运动的实实体。执行机机构的布局类类型直接影响响到机械手的的工
21、作性能。2.1 执行机构坐标形形式的选择机械手的基本型型式较多，按按手臂的坐标标型式而言，主主要有四种基基本型式：直直角坐标式、圆圆柱坐标式、球球坐标式和关关节式。下面面就各型式机机械手作简单单的分析对比比：1、直角坐标式式机械手直角坐标式机械械手是适合于于工作位置成成行排列或与与传送带配合合使用的一种种机械手。它它的手臂可作作伸缩、左右右和上下移动动，按直角坐坐标形式X、YY、Z三个方方向的直线进进行运动。其工作范围可以以是一个直线线运动；两个个直线运动或或三个直线运运动。如在XX、Y、Z三三个直线运动动方向上个具具有A、B、CC三个回转运运动，即构成成六个自由度度。直角坐标式机械械手的优点
22、：（1） 产量大大，节拍短，能能满足高速的的要求； （2） 容易与与生产线上的的传送带和加加工装配机械械相配合；（3） 适于装装箱类、多工工序复杂的工工作，定位容容易变更；（4） 定位精精度高，载重重发生变化是是不回影响精精度；（5） 易于实实行数控，可可与开环或闭闭环数控机械械配合使用。缺点：机械手的的作业范围较较小。2、圆柱坐标式式机械手圆柱坐标式机械械手是应用最最多的一种型型式，它适用用于搬运和测测量工件。具具有直观性好好，结构简单单，本体占用用的空间较小小，而动作范范围较大等优优点。圆柱坐标式机械械手的工作范范围可分为：一个旋转运运动，一个直直线运动，加加一个不在直直线运动所在在的平面
23、内的的旋转运动；二个直线运运动加一个旋旋转运动。圆柱坐标式机械械手有五个基基本动作：（1） 手臂水水平回转；（2） 手臂伸伸缩；（3） 手臂上上下；（4） 手臂回回转动作；（5） 手爪夹夹紧动作。 圆柱式机械手的的特点是在垂垂直导柱上装装有滑动套筒筒，手臂装在在滑动套筒上上，手臂可做做上下直线运运动和水平面面内做圆弧状状的左右摆动动。3、球坐标式机机械手球坐标式机械手手是一种自由由度较多，用用途较广的机机械手。它的的工作范围包包括：一个旋旋转运动；二二个旋转运动动；二个旋转转运动加一个个直线运动。球坐标式机械手手可实现八个个动作：（1） 手臂上上下动作，即即俯仰动作；（2） 手臂左左右动作，即
24、即回转动作；（3） 手臂前前后动作，即即伸缩动作；（4） 手腕上上下弯曲；（5） 手腕左左右摆动；（6） 手腕旋旋转运动；（7） 手爪夹夹紧动作；（8） 机械手手的整体移动动。球坐标式机械手手的特点是将将手臂装在枢枢轴上，枢轴轴又装在叉形形架上，能在在垂直面内作作圆弧状上下下俯仰动作，它它的臂可作伸伸缩，横向水水平摆动，还还可以上下摆摆动，工作范范围和人的手手类似。它的的特点能能自自动选择最合合理的动作路路线。所以工工作效率高。另另外由于上下下摆动，它的的相对体积小小，动作范围围大。4、关节式机械械手关节式机械手是是一种适用于于靠近机体操操作传动型式式。它像人手手一样有肘关关节，可以实实现多个
25、自由由度，动作比比较灵活，适适于在狭窄的的空间工作。关关节式机械手手，早在四十十年代就在原原子能工业中中得到应用，随随后在开发海海洋中应用，有有一定的发展展前途。关节式机械手有有大臂和小臂臂的摆动，以以及肘关节和和肩关节的运运动。它还具具有上肢结构构，可实现近近似于人手操操作的机能。为为具有近似人人手的操作机机能，需要研研制最合适的的结构。机械手型式的选选择首先是从从满足它的运运动要求方面面进行考虑， 然后从机械械手的复杂程程度以及经济济情况等方面面来考虑。本本设计中的机机械手主要动动作为机械手手手臂的左右右移动，升降降移动和机械械手的整体旋旋转。直角坐标式机械械手虽然具备备手臂的伸缩缩上下、
26、左右右直线运动等等动作，但是是不具备机械械手整体旋转转动作，所以以不考虑用直直角坐标式机机械手。球坐标式机械手手和关节式机机械手对动作作要求方面足足够满足要求求，但是它们们的结构都比比较复杂，有有很多动作是是不必要的，显显得浪费和增增加了制造的的成本和难度度。圆柱坐标式机械械手能满足手臂伸伸缩、手臂上上下、手臂回回转动等动作作。可以将手手臂回转动作作改换成机械械手的整体转转动就可以满满足本设计中机械手的动作作要求。这样样的修改并没没有改变机械械手的总体结结构，只是进进行了局部变变动，使得整整个系统经济济、实惠，所所以确定用圆圆柱坐标式机机械手。2.2 执行行机构的组成成 工工业机械手的的执行系
27、统主主要以下机械械部分组成：（1） 手部 是机械械手直接握持持工件或工具具的部分。（2） 臂部 是机械械手用来支持持腕部与手部部实现较大的的运动范围的的部件。（3） 立柱 支承手手臂并带动它它升降、摆动动和移动的机机构。（4） 机座 是机械械手用来支撑撑臂部，并安安装驱动装置置及其他装置置的部分。2.3 执行行机构各部分分的分析与选选择2.3.1 手部的选择择 1 手手部形式的确确定手部就是用来握握持工件或工工具的部分。由由于被握持的的工件的形状状、尺寸、重重量、材质及及表面状态的的不同，手部部机构也是多多种多样。常常用的手部结结构按其握持持原理可以分分为如下两类类:1）夹持式夹持式手部的结结
28、构与人手类类似，是工业业机械广泛应应用的一种手手部形式。它它主要由手指指、传动机构构、驱动机构构组成。其又又可分为内撑撑式、外夹式式和内外夹持持式，区别在在于夹持工件件的部位不同同，手爪动作作方向相反。夹持式手部设计计时应注意以下下事项：（1） 手指应有一定的的开闭范围。（2） 手指应具有适当当的夹紧力。（3） 要保证工件在手手指内的定位位精度。（4） 结构紧凑，重量量轻，效率高高。（5） 通用性和可换性性。 2）气气吸式气吸式手部又称称为真空吸盘盘式手部，它它是通过吸盘盘内产生真空空或负压，利利用压差而将将工件吸附，是是工业机械手手常用的一种种吸持工件的的装置。它由由吸盘、吸盘盘架及进排气气
29、系统组成，具具有结构简单单、质量轻、不不易损伤工件件、使用方便便可靠等优点点；但要求工工件上与吸盘盘接触的部位位光滑平整、清清洁、被吸附附工件材质致致密，没有透透气空隙。主主要适应于板板材、薄壁零零件、陶瓷搪搪瓷制品、玻玻璃制品、纸纸张及塑料等等表面光滑工工件的抓取。气吸式又可分为为：负压吸盘：真空空式、喷气式式、自挤式空空气吸盘。磁力吸盘：永磁磁吸盘、电磁磁吸盘。 真空式式吸附型它是是利用真空泵泵抽出吸附头头的空气而形形成真空，故故称真空式。喷喷气式吸附的的工作原理是是当压缩空气气高速进入喷喷嘴时，由于于管路的开始始段截面积是是逐渐收缩的的，所以气流流速度逐渐增增大，在管路路的最小截面面处，
30、气流速速度达到临界界速度，此时时的气体受压压，密度加大大。在排气管管路中因界面面逐渐增大，气气流膨胀减压压而使密度大大大下降，致致使气流速度度继续增高，在在吸气口处形形成负压。吸吸附头与吸气气口连同，故故形成真空，以以吸住工件。自自挤式空气吸吸盘的工作原原理是将软质质吸盘按压在在工件的表面面，挤出吸盘盘内的空气、从从而造成真空空、吸住工件件。磁吸式手手是利用工件件的导磁性，利利用永久磁铁铁或电磁铁通通电后产生的的磁力来吸附附材料工件。磁磁吸式手部不不会破坏被吸吸附表面质量量，但是由于于被吸工件存存在剩磁，吸吸附头上常吸吸附磁性屑，影影响正常工作作。通过以上对手部部的分析真空空式具有结构构简单、
31、质量量轻、不损伤伤工件、使用用方便、不影影响机械手的的正常工作等等优点。而且且满足所设计计机械手的要要求，所以选选用真空式吸吸盘。真空吸盘机构如如图2.1所示。 图2.1 吸吸盘机构图2.3.2 手臂结构的的选择手臂是机械手的的主要部分，是是支撑手腕、手手指和工件并并使它们运动动的机构。手手臂一般有三三个运动伸缩、旋转转和升降。手手臂的基本动动作是将手部部移动到所需需的位置和承承受抓取工件件的最大重量量，以及手臂臂本身的重量量。 1 手手臂的组成：(1) 动作元件，如油油缸、汽缸、齿齿条、凸轮等等是驱动手臂臂运动的部件件。(2) 导向装置，是保保证手臂的正正确方向及承承受由工件的的重量所产生生
32、的弯曲和扭扭转力矩。(3) 手臂，起着连接接和承受外力力的作用。 2手臂臂设计的要求求：(1) 手臂承载能力大大、刚性好、自自重轻。(2) 手臂的运动速度度要适当，惯惯性要小。(3) 手臂的动作要灵灵活。(4) 位置精度要高。(5) 通用性要强。3手臂的结构 手臂的的伸缩和升降降运动一般采采用直线油（气气）缸驱动。 手臂作作直线运动的的结构，基本本上是由驱动动机构和导向向装置所组成成。驱动机构构一般用油缸缸、油马达加加齿轮、齿条条来实现直线线运动。往复复直线油（气气）缸可以分分为以下几种种。双作用单活塞杆杆油缸:液压机械手手中实现手臂臂的往复运动动用得最多的的是双作用单单活塞杆油缸缸。活塞在油
33、油压下作双向向运动。机构构上可以是油油缸体固定、活活塞杆运动；也可以是活活塞杆固定，而而缸体运动。双作用双活塞杆杆油缸：当需需要很大的行行程时，将油油缸做的很长长、体积很大大，则加工上上有困难。如如做成伸缩式式双活塞杆油油缸，既能满满足行程要求求，油缸的体体积又小。其其缺点是一次次行程有两种种速度。丝杆螺母机构：该机构传动动的特点是易易于自锁，但但传动效率低低。如采用滚滚珠丝杠，效效率可以提高高，但因其较较长，制造比比较困难。本机械手的手臂臂有往复的直直线运动，不不需要很大的的行程，考虑虑到结构的简简单性和设计计的经济性，选选用缸体固定定活塞杆运动动的双作用单单活塞杆气缸缸。4导向装置机械手手
34、臂在进进行伸缩运动动时，为防止止手臂沿伸缩缩方向向中轴轴线转动、加加大承载能力力，以及提高高运动精度，必必须设有导向向装置。手臂臂的导向装置置系根据安装装形式、结构构及负荷等条条件来确定。常常用的有单导导向杆和双导导向杆，本设设计中，伸缩缩运动中选用用双导向杆。2.3.3 机座结构的的选择 机座是是机械手的基基础部分，机机械手执行机机构的各部件件和驱动系统统均安装于机机座上，是支支撑起机械手手全部重量的的构件。对其其结构的要求求是刚性好、占占地面积小、操操作维修方便便和造型美观观。机座结构从形式式上分为落地地式和悬浮式式，或分为固固定式、可移移动式和行走走式。无论哪哪一种形式，机机械手工作时时
35、机座一定予予以固定。可可移动式的机机座在停置时时能够刹车定定位，以保证证机械手工作作时的位置精精度。根据本本机械手的设设计要求选用用落地固定式式机座。机座的结构与机机械手的总体体布置有关，对对专用机械手手而言，传动动和控制部分分通常是单独独布置，故机机座比较简单单或不设机座座。对通用机机械手而言，传传动部分布置置在机架内部部或后下方，控控制部分则布布置在机座的的后上方或单单独布置一个个控制箱。物料分拣机械手手手臂需要一一个旋转模块块，摆动气缸缸就要固定在在机座上。如如果水平缸、垂垂直缸和手部部机构直接安安装到摆动气气缸的输出轴轴上，机构虽虽然简单，但但摆动气缸的的轴向受力增增大，对气缸缸的自身
36、要求求较高，并易易造成摆动气气缸的损坏。同同时，机械手手本身重心偏偏离立柱轴线线以及各气缸缸运动产生的的冲击都形成成作用在摆动动气缸转动轴轴上的倾覆力力矩，所以采采用一个连接接组件，将机机械手立柱以以上的重量和和倾覆力矩由由机架来承担担。连接组件件主要由四部部分组成：双双向推力球轴轴承、底座、转台和扣罩罩。如图2.2所示。选择双双向推力球轴轴承而不是单单向的，因为为机座与转台台在轴向上无无法直接连接接。采用双向向推力球轴承承就可以方便便的将轴承内内环与转台连连接，外环用用罩扣固定在在底座上。另另外，推力球球轴承应选择择公称尺寸较较大一些的，这样可以更好的承受倾覆力矩。 1、底座 2、摆摆动气缸
37、 33、双向推力力球轴承 44、扣罩 55、转台图2.2机座结结构图2.4 执行行机构的工作作原理物料分拣机械手手的结构主要要由机座、立立柱、水平手手臂、垂直手手臂、电磁阀阀和吸盘等组组成。其中机机座采用摆动动气缸进行驱驱动，手臂及及吸盘采用单单活塞杆双作作用气缸驱动动。机械手的的动作基本有有伸缩、升降降、左右旋转转、吸物和放放物等动作。其其结构原理如如图2.2所示。其动动作顺序为：初始位置 A右旋 B前伸 C气缸下降降 D吸物料 C上升 B收缩A左旋 C气缸下降 D放物料 C上升回到初始位位置。机械手手的动作在整整个过程中都都是连续可循循环的。2.5 执行机构简图根据前面机械手手各部分的设设
38、计，可做出出机械手大体体结构简图，如如图2.3所示，大图图见CAD图图。 1右旋限位开开关 2 左旋限位位开关 3 回缩限位位开关 4 前伸限位位开关 5 上升限位位开关 6 下降限位开开关 A 摆动气缸 B前伸伸/回缩气缸缸 C上升升/下降气缸缸 D 真空吸盘 图2.3 执行机构简简图第三章 驱动动系统的分析析与选择机械手的驱动系系统是驱动执执行机构运动动的传动装置置。机械手的的驱动系统根根据动力源的的不同，分为为液压、气压压、电气、机机械、气液联联合和电液联联合等多种方方式。目前采采用的主要有有液压、气压压、电气这三三种驱动方式式。3.1 驱动动系统的分析析与选择液压驱动，功率率重量比大，
39、可可实现频繁平平稳的变速和和换向，容易易实现过载保保护，可自行行润滑，使用用寿命长。但但也存在其油油液容易泄露露污染环境，需需要配备油源源，成本较高高，工作噪声声较大。电气驱动，控制制精度高，驱驱动力较大，响响应快，信号号检测、传递递、处理方便便。但是由于于这种驱动方方式价格昂贵贵，限制了在在一些场合的的应用。因此此，人们寻求求其他一些经经济适用的驱驱动方式。气压驱动具有价价格低廉、结结构简单、功功率体积比高高、无污染及及抗干扰性强强、在工业机机械手中应用用较多。另一一方面，气动动技术作为“廉价的自动动化技术”，由于其元元器件性能的的不断提高，生生产成本的不不断降低，被被广泛应用于于现代化工业
40、业生产领域。在在现代化的成成套设备与自自动化生产线线上，几乎都都配有气动系系统。据统计计：在工业发发达国家中，全全部自动化流流程中约有330装有气动系系统，有900的包装机械械，70的铸造、焊焊接设备，550的自动操机机、40的锻造设备备和洗衣设备备、30的采煤机械械，20的纺织机械械、制鞋业、木木材加工、食食品机械，443的工业机器器人装有气压压系统。日、美美、德等国的的气动元件销销售平均每年年增长超过110-15。许多工业业发达国家的的气动元件产产值已接近液液压元件的产产值，且仍以以较大速度发发展，气动机机械手技术已已经成为能够够满足许多行行业生产实践践要求的一种种重要使用工工具。表3.1
41、给出了了各种控制方方式的比较：表3.1 各各种控制方式式的比较通过以上三种驱驱动方式的比比较选用气动动驱动的方式式，不仅能够够满足了本设设计的要求，而而且节约了成成本。3.2 机械械手驱动系统统的控制设计计根据物料分拣机机械手的要求求，在驱动系系统中气缸的的运动方式主主要有两种：（1）直线运动动（缸体固定定，活塞杆运运动）；（22）摆动（缸缸体固定）。其其气动驱动系系统原理图如如图3.1所示。图3.1 驱动动系统原理图图气动系统包括三三个三位四通通电磁换向阀阀、两个二位位二通电磁阀阀、三个气缸缸、一个吸盘盘、四个调速速阀、六个单单向调速阀、消消声器（若干干）等。图中中的调速阀控控制气缸上升升和
42、下降、伸伸长和缩短、摆摆动过程中的的速度，防止止速度过大对对物料及机械械手臂的冲击击；三位四通通电磁换向阀阀是改变气缸缸的运动方向向；真空发生生器的工作原原理利用气体体的喷射产生生真空吸附物物料，其主要要功能是实现现对物料的吸吸取和释放，真真空发生器的的动作是由二二位二通电磁磁阀控制的。3.3 气动动元件选取及及工作原理气压驱动是利用用压缩气体的的压力能来实实现能量传递递的一种方式式，其介质主主要是空气，也也包括燃气和和蒸汽。典型型的气压传动动系统由以下下四部分组成成：3.3.1 气源装置气源装置是获得得具有一定能能量的压缩空空气的装置，其其主体部分是是空气压缩机机，有的还配配有气源净化化处理
43、装置、气气罐等附属设设备。它将原原动机提供的的机械能转变变为气体的压压力能。气压压传动对气源源的要求：(1) 要求压缩空气具具有一定的压压力和足够的的流量。(2) 要求压缩空气有有一定的清洁洁度和干燥度度。下面对于主要的的气源装置元元件进行如下下介绍：1、空气压缩机机空气压缩机是产产生压缩空气气的气压发生生装置，是气气源主要的设设备。按结构构和工作原理理可分为速度度型和容积型型两大类。容容积型压缩机机是利用特殊殊形状的转子子或活塞压缩缩吸入封闭容容积室空气的的体积来增加加空气的压力力。容积型结结构简单、使使用方便。本本设计选用容容积型压缩机机。2、储气罐储气罐可以调节节气流，减少少输出气流的的
44、脉动，使输输出气流连续续和气压稳定定，也可以作作为应急气源源使用，还可可以进一步分分离油水杂质质。储气罐上上装有安全阀阀，使其极限限压力比正常常工作压力高高10%，并装装有指示罐内内压力的压力力表和排污阀阀等。罐的型型式可分为立立式和卧式两两种。本设计计选用立式储储气罐，因为为它的进气口口在下，出气气口在上，以以利用进一步步分离空气中中的油、水。3.3.2 执行元件 执行行元件是以压压缩空气为工工作介质产生生机械运动，并并将气体的压压力能转变为为机械能的能能量转换装置置，如气缸输输出直线往复复式机械能，摆摆动气缸输出出回转摆动式式机械能。 1、气气缸输出直线线往复式气缸是气动执行行元件之一。目
45、目前最常选用用的是标准气气缸，其结构构和参数都已已系列化、标标准化、通用用化。水平伸伸缩气缸选用用单活塞杆双双作用气缸。单单活塞杆双作作用气缸一般般由缸筒、前前后缸盖、活活塞、活塞杆杆、密封件和和紧固件等组组成。其工作作原理：对于于前伸/回缩缩气缸，当左左侧无杆腔进进气，右侧有有杆腔排气时活活塞杆前伸，反反之，活塞杆杆回缩；对于于上升/下降降气缸，当上上侧无杆腔进进气，下侧有有杆腔排气时时，活塞杆下下降，反之活活塞杆上升。2、摆动气缸输输出回转摆动动式摆动气缸分为单单叶片式和双双叶片式。单叶片式摆动气气缸：压缩空空气由进气口口输入，作用用在叶片上，带带动轴回转产产生转矩，另另一腔的空气气从排气口排排出。双叶片式摆动气气缸：从进气气口进入的压压缩空气作用用在一个叶片片上，同时通通过轴上的气气路也作用在在另一叶片上上带动轴回转转。这样双叶叶片式产生的的转矩将是单单叶片式的22倍。本设计采用双叶叶片式摆动气气缸，这样就就能产生更大大的转矩，以以利于机械手手的转动。3.3.3 控制元件控制元件是用来来调节压缩空空气的压力、流流量和控制其其流动方向，使使气动执行机机构获得必要要的力、动作作速度和改变变运动方向，并并按规定的程程序工作。气气动控制元件件按功能分为为压力控制阀阀、流量控制制阀和方向控控制阀。1、压力控制阀阀