摘 要:随着现代气动技术、气动伺服控制技术和计算机控制技术的发展，气动机械手作为典型的机、电、气一体化装置，以其可靠、节能、价廉、简单、维护方便、抗污染能力强等优点，在工业自动化领域中得到愈来愈广泛的应用，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。作为机械手的一种，气动机械手的特点是以空气作为动力传递介质，以气缸、气马达或其它气动装置作为传动机构。

本文论述了一种由四个自由度组成的吸盘式上下板料机械手,该机械手可以实现在X、Y、Z三坐标方向上的移动，执行机构是真空吸盘，用来吸取工件，从而实现上下料过程。其具有结构简单、体积较小、性能可靠和价格低廉等特点。作者首先介绍了机械手的基本结构和工作原理。在此基础上，选择气动机械手实现移料上料的动作，对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计，并对机械手的执行机构和驱动系统进行设计和适当的优化。在机械手的结构设计分析中，根据设计出的机械手图纸利用PRO/E软件建立了机械手的虚拟样机模型，确定各关节与末端执行器的空间位置和姿态关系,并对机械手的虚拟样机进行了运动仿真。最后，根据对上料机械手功能的分析，采用PLC控制器实现机械手控制系统的各项功能。

关键词：气动技术；气动机械手；PLC控制；真空吸盘；结构设计

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1  课题研究的背景-1

1.2  国内外气动机械手研究现状及其应用-2

1.2.1 气动机械手的发展过程-2

1.2.2 气动机械手的应用现状-3

1.2.3 气动技术的优缺点-4

1.2.4 发展前景及方向-6

1.3  研究目的和意义-6

1.4  本课题的研究方法、主要内容及拟解决的问题-7

1.4.1 本课题的研究方法-7

1.4.2 本课题的研究内容-7

1.4.3 拟解决的问题-7

第2章  机械手的总体设计方案-9

2.1  气动机械手的机械组成-9

2.1.1  执行机构-9

2.1.2  驱动机构-10

2.1.3  控制系统分类-10

2.2  机械手的坐标形式与自由度-10

2.3  模块化设计-11

2.3.1 模块划分的一般原则-11

2.3.2  模块设计的方法-12

2.3.3  模块式机械手及组成-12

2.4  机械手的主要部件及运动-13

2.5  驱动机构的选择-14

2.6  挂具结构的优化-14

2.7  机械手的技术参数列表-15

第3章   机械手手部的设计计算-17

3.1 手部设计基本要求-17

3.2 选择气吸式手部的类型-17

3.3 真空元器件的设计-18

3.3.1真空吸盘的计算与选择-18

3.3.2 真空发生器的计算与选择-21

第4章  臂部的设计及有关计算-25

4.1 臂部设计的基本要求-25

4.2 小臂部分的设计和计算-26

4.3 大臂部分的设计与计算-28

4.4 大臂部分与小臂部分之间关节的设计与计算-29

第5章  立柱、支座部分的设计及计算-31

5.1机身设计应注意的问题-31

5.2 总体的设计思路-31

5.2.1驱动电机的选择-31

5.2.2联轴器的选择-33

5.3 支座部分（X轴方向）的设计-33

5.3.1丝杠的选择与计算-33

5.3.2步进电机的传动计算及电动机的选用-35

5.3.3  联轴器的选择与计算-37

5.4 立柱部分（Z轴方向）的设计-37

5.4.1丝杠的选择与计算-37

5.4.2电机的选择与计算-40

第六章 气动系统设计-43

6.1  气动元件选取及工作原理-43

6.1.1 气源装置-43

6.1.2  执行元件-43

6.1.3  控制元件-43

6.1.4  辅助元件-45

6.2 气动回路的工作原理-45

第七章 控制系统设计-47

7.1 控制系统的组成结构-47

7.2 控制要求-48

7.3 机械手动作过程分析-48

7.4 硬件设计-48

7.4.1 PLC的应用设计步骤-48

7.4.2 控制系统PLC选型与I/O点确定-49

7.5 PLC外部接线图-52

7.6 系统的控制面板的设计-53

第八章  总结与展望-55

参考文献-56

致  谢-57