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1、1,背景,由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍，但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济
2、上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。,2,设计目的,设计目的：目前，我国大多数工厂的生产线上食品装卸仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合食品的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上食品搬运机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。,定义：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。,3,发展趋势,目前，
3、国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下： 一机械结构向模块化、可重构化发展。 二工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。 三机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。 四关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；,4,食品搬运机械手
4、,本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。机械手采用PLC控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。,5,机械手的组成,机械手的基本结构由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分四个方面组成。采集感知信号及控制信号均由气动缸驱动。主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。人们根据应用工况的要求，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，这是一
5、种先进的设计思想，代表气动技术今后的发展方向，也将始终贯穿着机械手的发展及实用性模块化拼装的气动机械手比组合导向装置更具有灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于采用了模块化拼装结构，可组成立柱型气动机械手、门架型气动机械手及滑块型气动机械手，及其它各种类型的机械手。这些模块化机械手组装方便，动作灵活，具有较高的定位精度，但工作空间比较小，主要应用于一般的送料自动线上。气动机械手具有三个自由度，即水平(Z)方向自由度、垂直(Y)方向自由度和旋转自由度，并可以采用多种灵活的控制方案。,6,机械手基本结构,机械手是一个水平、垂直运动的机械设备，用来将工件由左
6、工作台搬到右工作台。有上升、下降运动，左移、右移运动和夹紧、放松动作和位置控制。简易机械手在各类全自动和半自动生产线上应用得十分广泛，主要用于零部件或成品在固定位置之间的移动，替代人工作业，实现生产自动化。本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。下图为机械手简图,其中 。,7,机械手简图,1-竖直气缸，2-执行气爪，3-工件，4-水平气缸，5-旋转轴，6-支架，7-底座,8,机械手的工作方式,上图中工件所处位置为原点位置，根据课题设计任务书的要求：机械手初始位置在
7、原点位置，每次循环动作都从原点位置开始，完成上升、下降运动，左移、右移运动和夹紧、放松动作和位置控制，并能实现手动操作和自动操作方式。当机械手在原点位置下启动按钮，系统启动，左传送带运转。当光电开关检测到物品后，左传送带停止运行。,9,根据分析可得出机械手的工作流程图，如下图所示。,机械手流程图,10,实现要求功能需要如下条件（1）,(1)底座与横梁之间需要旋转盘，旋转盘的驱动由电机来完成，普通电机转速较高，需要考虑安装减速机，在这种频繁启动制动的场合下，选用低速电机会更方便。 (2)横梁在普通情况下，长度是固定的，如果工作台不进行调整，横梁长度可永远不变。课题任务也未作横梁要求，但在实际应用
8、中，可能出现工作台距离调整的情况，为增加机械手的通用性，本设计中在横梁上安装了执行气缸，可使用手动按钮调整横梁长度。 (3)竖直方向上是频繁上下工作的机构，可选用电机传动的齿轮齿条啮合机构，也可选用执行气缸，后者是新技术更经济、环保、噪音低，也更符合课题要求。,11,实现要求功能需要如下条件（2）,(4)抓紧机构也可选用气动执行爪和执行气缸并用组成气动执行模块。 (5)光电开关在控制方面是作为输入量的信号源之一，它可以选择模拟输入和数字输入，根据课题要求和后面PLC的各输入量的情况，选用数字输送式的光电开关更方便简捷。 根据以上分析，机械构造方案基本固定。整个机械手一共用到三个气缸，PLC需要控制每个气缸的动作：横梁长气缸的内外调，执行气爪的夹持与放松、竖导杆气缸的升降和各气缸的定位控制上面所述的横梁调整功能是本设计的创新之一，另外两个是工件计数和故障报警。,12,机械手控制要求,机械手运行流程图,13,机械手动作示意图,14,机械手的操作方式,机械手的操作方式分为手动操作和自动操作两种 自动操作方式分为单步、单周期、连续三种工作方式 右图所示为操作盘示意图,15,PLC I/O分配表,16,结束 请老师批评指正！,