第一部分：设计任务书........................................................................................3 一、 搬运机械手功能示意图...........................................................................3 二、 基本要求与参数.......................................................................................3 三、 工作量.......................................................................................................4 四、 设计内容及说明.......................................................................................4 第二部分：设计说明书........................................................................................5 一、 机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计.......................................5 1.驱动部件选择.............................................................................................5 2.传感器选择.................................................................................................5 3.驱动及传动方案.........................................................................................5 二、 末端夹持机构设计...................................................................................6 1.结构设计.....................................................................................................6 2.夹紧力计算.................................................................................................7 三、 控制系统设计...........................................................................................8 1.控制器选择.................................................................................................8 2.控制模块与控制方案.................................................................................8 3.控制流程框图和电磁铁动作时序表.........................................................9 4.PLC I/O口分配....................................................................................11 5.机械手运行步骤.......................................................................................12 四、 参考文献.................................................................................................13
一、搬运机械手功能示意图
SQ5 SQ6
SQ2 SQ3 SQ4
夹紧
工件 松开
SQ1
A
B
二、基本要求与参数
本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。该机械手采用二指夹持结构，如图1所示，机械手实现对工件的夹持、搬运、放置等操作。以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系统及控制流程。机械手通过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧及松开等动作完成工件从位置A到B的搬运工作，具体操作顺序：逆时针回转(机械手的初始位置在A与B之间)—>下降—>夹紧—>上升—>顺时针回转—>下降—>松开—>上升，机械手的工作臂都设有限位开关SQi。 设计参数：
（1）抓重:10Kg
（2）最大工作半径：1500mm （3）运动参数：
伸缩行程：0-1200mm； 伸缩速度：80mm/s； 升降行程：0-500mm； 升降速度：50mm/s 回转范围：0-1800
控制器要求：
（1）在PLC、单片机、PC微机或者DSP中任选其一；
（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本功能。
三、工作量
（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择； （2）二指夹持机构的设计及计算； （3）总体控制方案及控制流程的设计； （4）设计说明书一份。
四、设计内容及说明
（1）机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。
（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。设计应包括确定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持机构设计图。
（3）控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。
第二部分：设计说明书
一、 机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计
1.驱动部件选择
考虑到本设计中的机械手抓取重量较轻，定位精度要求不是太高，但机械手的收缩范围和升降范围较大，有考虑到对于一般的工厂都有压缩空气站，所以机械手各驱动部位主要采用气动驱动，用电磁阀控制气缸，用单片机或PLC控制电磁阀的状态。考虑到制造成本，宜选用单片机，但有考虑到可靠性和使用寿命，本设计采用松下FP0系列PLC作为主控制单元。
具体机械手的运动分为四种，其运动形式，驱动装置，等见下表。
表 1 机械手的运动形式
2.传感器选择
对于回转运动，可以采用光电码盘，对于直线运动可以采用光电开关，在各个运动的极限位置布置限位开关起保护作用。 3.驱动及传动方案
首先是升降运动中升降气缸和旋转气缸的布置，总体而言有三种布置形式，如下图所示，a）方式旋转气缸放在上面，升降气缸在下面，升降行程较小（通常<200mm），满足不了要求，b）方式升降气缸放在上面，旋转气缸在下面，可以获得较大的行程，可达到800mm，但机械臂需要额外增加导向装置，且转动惯量较大，c）方式采用缩放式升降机构，不需要导向支撑，也能获得较大的升降行程，机械臂转动惯量较小，但占地面积较大。综合考虑以上因素，本设置中采用b）方案的布置形式。
对于小臂收缩气缸和夹紧气缸，直接布置在小臂上即可。
对整个系统而言，属于多动力源驱动，机械臂的每个动作都可以单独受控，灵活易用，并且节省了大量传动件，使系统结构复杂性降低。
二、 末端夹持机构设计
1.结构设计
末端夹持机构指手指部分，其结构如下图所示。
