第一篇：机械手包装

机械手包装单元Ⅱ组态

1.1 组态软件概述

俗称组态软件，译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。

组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

起源于DCS(Distributed Control System分布式控制系统,DCS由仪器，仪表发展而来)

发展于PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的)；

1.2 组态组成、功能和特点

(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。

(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。

在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面

(1)图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。

(2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。

(3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。

机械手介绍与分析

2.1机械手介绍

机械手是一种能模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。可编程控制器是以微处理技术为基础，综合计算机技术和自动控制技术发展起来的一种新型工业控制器。它在工业现场中对机械手能起到有效而灵活的控制。可编程控制器和监控系统的通讯，往往需要采用高级语言编程实现，对用户有着很高的要求。这需要用户必须熟悉互联的可编程控制器及其网络采用的通讯协议，严格按照通讯协议规定为计算机编写通讯程序。然而，用户希望监控系统具有界面简单、便于操作、实时性好、开发周期短和可移植性强等特点。组态技术在数据处理、网络通讯和图形界面等方面给监控系统提供了有力的支持。

机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2.2

分析机械手控制系统的控制要求。机械手具有启动、停止、移动、抓、放等功能。机械手操作人员可以通过启动、停止按钮来控制机械手的启动和停止。移动和抓、放功能通过内在程序自动完成。机械手的动作有如下过程：

（1）当按钮启停调整为开始时，机械手开始动作。（2）机械手下放，（包括伸缩杆、抓）（3）机械手抓物体。

（4）机械手与物体一起上台，（包括伸缩杆、抓、物体）（5）机械手与与物体一起平移，（包括伸缩杆、抓、物体）

（6）机械手与物下放，（包括伸缩杆、抓、物体）（7）机械手上并回到原点

2.3参数设定与画面设计

在设计中有用到很多参数变量，其中有些实体共同包括多个变量，其中部分变量设定如下：

2-3-1物体垂直移动变量设置

2-3-2设计中所有变量

2-3-3动画连接设置

2-3-4伸缩杆水平移动距离设置

传送带旋转设置

2-3-5机械手整体设计图

2．4设计控制程序清单

清单如下：

if(本站点启停==1){本站点时间=本站点时间+1;if(本站点时间<=10){本站点c2=本站点c2+10;本站点d2=本站点d2+10;本站点f2=本站点f2+10;} if(本站点时间>10 &&本站点时间<=15){ 本站点f3=本站点f3+10;本站点f4=本站点f4+10;} if(本站点时间>15 &&本站点时间<=25){ 本站点c2=本站点c2-10;

本站点d2=本站点d2-10;本站点e2=本站点e2+10;本站点f2=本站点f2-10;} if(本站点时间>25 &&本站点时间<=35){ 本站点a1= 本站点a1+10;本站点b1= 本站点b1+10;本站点c1= 本站点c1+10;本站点d1= 本站点d1+10;本站点e1= 本站点e1+10;本站点f1=本站点f1+10;} if(本站点时间>35 &&本站点时间<=45){ 本站点c2=本站点c2+10;本站点d2=本站点d2+10;本站点e2=本站点e2-10;本站点f2=本站点f2+10;} if(本站点时间>45 &&本站点时间<=50){ 本站点f3=本站点f3-10;本站点f4=本站点f4-10;} if(本站点时间>50 &&本站点时间<=60){本站点c2=本站点c2-10;本站点d2=本站点d2-10;本站点f2=本站点f2-10;} if(本站点时间>60 &&本站点时间<=70){本站点a1= 本站点a1-10;本站点b1= 本站点b1-10;本站点c1= 本站点c1-10;本站点d1= 本站点d1-10;本站点f1=本站点f1-10;本站点e1= 本站点e1+10;} if(本站点时间>70 &&本站点时间<=72)

{ 本站点a1=0;本站点a2=0;本站点b1= 0;本站点b2= 0;本站点c1= 0;本站点c2= 0;本站点d1= 0;本站点d2= 0;本站点e1=0;本站点e2= 0;本站点时间=0;} } 总结

本次课程设计的主要目的是:熟悉并熟练掌握组态王软件的功能和特点、掌握组态软件的系统构成、通过组态王软件的使用，进一步掌握了解机械手的工作原理、培养自主查找资料，搜索信息的能力、培养实践动手能力与合作精神。

设计主要任务：了解机械手的控制要求、确定系统的控制方案、利用组态软件编制监控系统图形界面、建立实时数据库、画面的图形对象与数据库的数据变量之间的关系、编制程序实现对机械手以及物品的控制和监视。

课程设计主要内容：熟悉所用组态软件的操作、查看有关参考书籍、查阅相关文献资料、独立设计基于组态软件的机械手的控制方案、根据实际系统的要求，进行简单的画面设计与编辑，简单控制程序的编写，设定动画连接等功能、进行程序的运行，调试与改进。

本次课程设计使我们加深了对组态软件的了解，熟悉组态软件对机械手控制系统的设计、画面的设计、参数变量的设定、程序的编制，运行，调试与改进、机械手控制系统的动画连接。

这次课程设计帮助我们更加深刻的了解和掌握了一些关于组态王的应用知识和方法。在这个学习调试运行的过程中我也遇到很多问题经过老师和同学的帮助最终解决了这些问题，成功地调试出结果，完成了本次课程设计，达到了预期的效果和目标。但这使我更加深刻地体会到对于这门课程还有多东西没有完全掌握也认识到这门课程的重要性,，使我受益匪浅。

参考文献(References)：

[1]廖常初．PLC编程及应用[M]．北京：机械工业出版社，2004：198—210． [2]北京亚控科技有限公司．组态王电子参考手册EZ]．2003．

[3]吴明亮，蔡夕忠．可编程控制器实训教程[M]．北京：化学工业出版社，2005：44—51．

[4]Wonderware Corporation．In Touch 7．0 Advanced，Training Manual[z]．1998． [5]常斗南．可编程控制其原理、应用、实验[M]．北京：机械工业出版社，1998：l1O一132．

[6]刘彬，杜金翔．关于建立PLC立体教学实验新体系的探讨[J]．实验技术与管理，2005，22(8)[7]何立新．PLC控制技术实践教学的改革[J]．实验室研究与探索，2005，24(52)：30—32．

第二篇：机械手调查报告

关于机械手的调查了解

机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的‚VERSTRAN‛和UNIMATION公司推出的‚UNIMATE‛。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰;二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。

东莞松山湖长盈精密技术有限公司,是一家生产、销售手机系列连接器、屏蔽件和超精密五金端子及模具的高新技术企业。该公司正在推进的‚无人工厂‛建造体系首期计划投入1000个无人机械手,前期已有100个机械手率先‚上岗‛。该公司常务副总经理任项生介绍,以前人工操作数控机床的产品加工,经常容易出现安全问题,产品质量的稳定性也比较差。‚‘无人工厂’并不是说完全没有人,但会大规模压缩人工数量,甚至可达到90%的水平。‛东莞市经济和信息化局负责人介绍,至今东莞推动传统产业和优势产业‚机器换人‛应用项目达到505个,投资金额达42亿元,可减少企业用工3万余人,企业投资成本有望在两年内收回。事实上,当前劳动力成本上升的情况,决定了东莞等地‚机器换人‛战略实施的必要性。随着珠三角人力成本的迅速上升,企业普遍感到存续压力大,东莞台资企业协会会长翟所领认为,尽管初期工业机器人等基础设施投入较大,但成长性较强的企业有望在几年内收回成本,‚比起人力成本每年增长20%以上的不确定性,还是要划算。‛据深圳众为兴技术股份有限公司市场总监李悦伟说：‚随着一些地区劳动力短缺现象日益严重,机器人的需求将逐渐增加,这也将倒逼机器人科研技术实现更多突破、更多国产化。‛

随着低碳理念的深入人心，机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一些新型材料可以制造无润滑元件应用于气动机械手当中，不仅使系统简化，且有着稳定的摩擦性能以及较长的寿命。值得重视的是，随着机电一体化的发展，控制系统将向基于PC 机的开放型控制器的方向发展，并且，随着传感器作用的日益加重，由‚可编程控制器、传感器、动作元件‛组成的典型的自动化控制系统依然会是主流发展方向，在此系统中，传统的‚开关控制‛也将转变为‚反馈控制‛，从而进一步提升系统的精度。从1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手，到20 世纪70 年代初期制造业开始引进机械手的使用，再到1972 年我国第一台机械手的开发以及随之而来的全国范围都开始研制和应用机械手，机械手的发展历经了这短短几十年，迎来的是制造业的全新面貌。并且机械手依旧在发展，在进步，其应用领域更在向着非制造业和服务业发展，可以预见，机械手一定会继续蓬勃发展，为其涉及的行业做出更大的贡献。

第三篇：机械手简介

机械手简介

能模仿人手和某些动作功能，固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门

历史

它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。构成

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度

分类

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

助力机械手

助力机械手，又称机械手、平衡吊、平衡助力器、手动移载机，是一种新颖的、用于物料搬运及安装时省力

操作的助力设备。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的推拉。重物在提升或下降时形成浮动状态。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。

助力机械手应用

由于具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点，“平衡吊”广泛应用于现代工业中的物料移载、高频率搬运、精确定位、部件装配等场合。

从接受原材料和物料开始，一直到加工、生产、保管及配送等物料流动过程中的每一个环节，平衡吊的作用是令人瞩目的。

正确使用相应的物料移载手段，对于各行业中，重物的移载、搬运现场的操作人员的健康、安全，作业的合理性、劳动力的节省、生产效率的提高、产品品质的保障等多方面都有极大改善。

系统组成

一套完整的助力机械手装备主要由三部分组成：平衡吊主机、抓取夹具（或机械手）及安装结构。

机械手主机是实现物料（或工件）在空中无重力化浮动状态的主体装置。

机械手则是实现工件抓取，并完成用户相应搬运和装配要求的装置。

安装结构则是根据用户服务区域及现场状况要求以支撑整套设备的机构。

产品系列

为实现物料移载的省力操作，上海永乾公司已推出丰富的平衡吊机型，满足不同行业中不同物料不同工艺要求的搬运需要。

助力机械手

按工作原理不一样，有臂杆式和软索式。其中臂杆式平衡吊又因工作曲线差异，有PBF、PBC等；软索式则因主体执行元件不同，分卷筒式（IRB）和直线气缸式（PBB）、钢丝绳式和链条式等。根据动力源不同，有气动式和电动式（EBC）等。

另外，按系统所采用基座不同，有落地固定式、落地移动式、悬挂固定式、悬挂移动式、附墙式等。

系统组成

主要包括四部分：

1）轨道行走系 统；

2）机械手主机；

3）夹具部分；

4）气路控制系统。轨道系统部分：

本方案采用双排C型铝合金轨道与移动平台小车配合。使整个设备在轨道行程内平稳行走。C型轨道采用进口材料，强度、精度高。

非金属滚轮采用高强度耐磨尼龙材料加工而成，使用寿命长。机械手主机部分：

a）可实现不同重量物料的重力平衡状态，适用于物料的精确移载操作。

b）空载、满载及处理不同工件时，系统可感知其重量变化，并实现载荷在三维空间中的浮动状态，便于精确定位。

c）全程平衡、运动顺滑等特点，使得操作者可以很便捷地实现工件的搬运、定位、装配等操作。

d）刚性手臂可使机械手带工件越过障碍；物料在相关场所进行横向放入、横向取出等动作要求。

e）系统可始终保持机械手头部的水平，发挥高作业性。

f）关节刹车装置，具有多个回转关节，以实现广域范围内的物料取置；配备有刹车装置，操作者可在操作过程中随时中断机械手的运动。气动夹具部分：

a）主机控制与夹具（机械手）集成为一体，方便操作者双手控制工件。主机操作按钮都集成于夹具控制面板上，控制部分及指示灯、指示器等按人体工学原理布置，便于操作及紧急情况的处理。气路控制系统部分

a）设置有元件保护盒，以保护主要精密气动元器件，避免操作时意外撞击及灰尘沉积。气路排布完全按丰田AMS标准执行，方便维修。

b）系统配备二联件、单向阀和储气罐，为系统提供持续稳定的压缩空气，当主供气源意外断气时，可提供一定时间的安全保障，并使系统有足够的动力完成本次操作或将工件卸载。

系统安全

a）配备有负载显示器，指示负载状态，告知操作者：此时物料是否可被提起或被卸载。当系统处于负载状态时，显示器呈红色。

b）配备有负载压力表，指示压缩空气工作状况。

c）配备有安全误操作保护装置，防止误动作对人身或设备造成伤害；在操作者未对安装状况进行确认前，即工件未安装到位前，如果工人误操作松开按钮，工件不能被卸载（限于动力夹具）。

d）系统配备了失气保护装置，当主供气源意外断气时，主机动作，机械手停止作业，避免意外的伤害。

e）设备配套安全控制系统，在操作时，系统不会因为误动作，而突然改变负载或空载压力，因此机械手不会因此快速上升或下降而对人身、设备和产品造成伤害。助力机械手应用

由于具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点，“平衡吊”广泛应用于现代工业中的物料移载、高频率搬运、精确定位、部件装配等场合。系统组成

一套完整的助力机械手装备主要由三部分组成：平衡吊主机、抓取夹具（或机械手）及安装结构。

机械手主机是实现物料（或工件）在空中无重力化浮动状态的主体装置。

机械手则是实现工件抓取，并完成用户相应搬运和装配要求的装置。

安装结构则是根据用户服务区域及现场状况要求以支撑整套设备的机构。产品系列

为实现物料移载的省力操作，上海永乾公司已推出丰富的平衡吊机型，满足不同行业中不同物料不同工艺要求的搬运需要。

助力机械手 按工作原理不一样，有臂杆式和软索式。其中臂杆式平衡吊又因工作曲线差异，有PBF、PBC等；软索式则因主体执行元件不同，分卷筒式（IRB）和直线气缸式（PBB）、钢丝绳式和链条式等。根据动力源不同，有气动式和电动式（EBC）等。

另外，按系统所采用基座不同，有落地固定式、落地移动式、悬挂固定式、悬挂移动式。

1）轨道行走系 统；

2）机械手主机；

助力机械手

3）夹具部分；

4）气路控制系统。轨道系统部分：

本方案采用双排C型铝合金轨道与移动平台小车配合，平台小车下法兰机械手。使整个设备在轨道行程内平稳行走。C型轨道采用进口材料，强度、精度高。

非金属滚轮采用高强度耐磨尼龙材料加工而成，使用寿命长。机械手主机部分：

a）可实现不同重量物料的重力平衡状态，适用于物料的精确移载操作。

b）空载、满载及处理不同工件时，系统可感知其重量变化，并实现载荷在三维空间中的浮动状态，便于精确定位。

c）全程平衡、运动顺滑等特点，使得操作者可以很便捷地实现工件的搬运、定位、装配等操作。

d）刚性手臂可使机械手带工件越过障碍；物料在相关场所进行横向放入、横向取出等动作要求。

e）系统可始终保持机械手头部的水平，发挥高作业性。

f）关节刹车装置，具有多个回转关节，以实现广域范围内的物料取置；配备有刹车装置，操作者可在操作过程中随时中断机械手的运动。气动夹具部分：

a）主机控制与夹具（机械手）集成为一体，方便操作者双手控制工件。主机操作按钮都集成于夹具控制面板上，控制部分及指示灯、指示器等按人体工学原理布置，便于操作及紧急情况的处理。气路控制系统部分

a）设置有元件保护盒，以保护主要精密气动元器件，避免操作时意外撞击及灰尘沉积。气路排布完全按丰田AMS标准执行，方便维修。

b）

系统配备二联件、单向阀和储气罐，为系统提供持续稳定的压缩空气，当主供气源意外断气时，可提供一定时间的安全保障，并使系统有足够的动力完成本次操作或将工件卸载。

个人感想

通过对机械手详细的学习，并且认真地思考其对日常生活所带的，便利与作用。我明白了，日常我们所学的东西，特别是机械类的知识，只要我们认真地，学习，并且把其运用到以后的学习工作之中去，我们就会发现，每一类知识，或者说每一方面的知识，都有其独特的意义。以前的时候我对于机械各类的知识，总是只能在课本上知道各类机械设备的图画或者其使用的方法。只有当通过了实践，我才明白只有通过实践，才能更好的运用所学的知识，所以片面的学习书本上的知识只是一个开始，只有在以后的实践中认真地学习。发现自己的不足，才能成为机械专业的合格人才。同时也说明了，要想成为合格人才，只有过勤奋的学习，日常生活之中的点点滴滴的搜寻，才能在机械专业上有所建树。

至此

第四篇：机械手结构设计

四川大学锦城学院文献综述

机械手结构设计与应用

Manipulator structure design and

application

专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 张凡 学 号 110920627 年级 2011级 指导教师 张月天

二Ο一二年 三月 二十二日

机械手结构设计与应用

Manipulator structure design and application

张凡

（四川大学锦城学院 四川•成都）

摘要：在机械工业中，加工、装配等环节中运用的机械手已经越来越普遍。本文参阅了大量的国内外期刊杂志,论述了机械手的肩部、手腕、材料和成本等方面进行结构设计和研究。同时对国内外机械手在工业和农业中常见的应用方式也做了一番分析。

关键词： 机械手；结构；设计； 应用

ABSTRACT： In the mechanical industry, processing, assembly and other links in the use of the mechanical hand is more and more widespread.In this paper, a large number of domestic and foreign periodicals, discusses the mechanical hand shoulder, wrist, material and cost and other aspects of structure design and the research.At the same time to the domestic and foreign machinery hand in industrial and agricultural in the common application method is an analysis of the.Key words：Manipulator;Structure;Design;application

前言

自动化设备代替人工作业成为现代工业发展的趋势.工业机器人的发展和应用, 结合计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统, 引导工业自动化向一个新的领域过渡.机械手作为一种自动执行设备,能模仿人手和手臂的某些动作功能, 按固定程序抓取、搬运物件或进行装配操作.它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化, 能在有害环境下操作以保护人身安全.提出一种可用于搬运、自动装配等任务的小型机械手, 并通过控制系统调试, 验证此结构的实用性和可靠性.一、机械手的结构与设计

（一）机械手总体结构分析与设计

机械手总体结构如图1所示, 由底座、转座、大臂、小臂和手抓等部分组成.考虑到机械手的作用范围及其功效, 采用转动关节, 设定4个自由度, 为转座转动关节(腰关节)、大臂关节(肩关节)、小臂关节(肘关节)和手抓关节(腕关节).考虑到所研究的是小型机械手, 转矩较小, 所以选择电机驱动.虽然, 气压和液压都能提供驱动力矩, 但是, 气压信号的传递速度较慢, 而且空气具有可压缩性, 导致运动速度的稳定性较差, 而液压装置密封困难, 会有一定的漏油, 所以, 综合来看, 电机控制性好, 噪音小, 运行精度高, 适合要求.关节独立驱动, 采用同步带传动, 结构紧凑, 传动准确.控制及驱动电路部分安装在底座, 通过导线连接至大臂、小臂及手腕的驱动电机能, 合理利用空间.。大臂长220mm, 小臂长180mm, 各关节的回转角度范围：

腰关节±90°，肘关节±45°

肩关节﹣180°~－60°, 腕关节±90°.臂体采用铝合金加工, 质量轻, 强度刚度大, 耐腐蚀.底座采用钢材加工, 质量较大, 在机械手工作期间, 能保持良好的稳定性.（二）.主要部件分析与设计

通过UG建模, 模拟装配, 并通过ADAMS软件进行运动学分析, 最终设计出机械手的三维模型.下面介绍主要部件的分析设计.。

1.转座及臂体结构设计

机械手转座设计的关键在于, 使其既能够稳定支撑上面的大臂、小臂和手抓,又能够绕关节轴自由转动.考虑到这些因素, 转座结构设计, 其主体由支撑板及固连在其上的空心转轴组成.支撑板作为平台, 支撑上面的大小臂及驱动电机, 电机通信导线通过转座中心的空心转轴与底座的控制系统连接.空心转轴为台 3 阶轴, 与底座轴承座配合实现腰关节的转动.转座材料为硬铝, 有一定刚度和强度, 自重轻.大小臂的设计主要考虑实际应用, 在满足应用条件下尽量减轻自重.大臂主要是有两片硬铝板搭建而成, 为增加其刚度, 用一U型铝板将两片铝板连接, 在大臂的臂端安装有轴承使其顺利转动.小臂为铝制薄壁圆筒状结构, 薄壁圆筒两端分别有端盖,里面安装有一个小步进电机, 从腕部输出以驱动手腕转动, 圆筒肘关节附近开有小孔, 方便小电机导线通过.手抓为末端执行机构, 独立结构, 完成不同任务可以更换不同的执行机构.2.电机的选型

上面研究了机械手的结构原理, 要使机械手完成指定任务, 则需驱动其运动, 使其按照任务要求执行控制程序, 完成相应的任务.通过对机械手的综合分析, 采用电机提供驱动力矩, 下面介绍选型.步进电机的技术参数主要有相数、步距角、保持转矩和额定电流等, 根据需要, 在初步选型时, 主要考虑保持转矩, 以确保机械手能够正常运动.在整个系统中, 需要克服驱动机构的摩擦转矩、负载转矩以及负载惯量启动转矩.由于各关节传动都有轴承支撑, 相对于负载转矩及负载惯量启动转矩, 摩擦转矩要小得多, 所以忽略克服摩擦所需要的转矩.对于腰关节和腕关节, 驱动转矩只克服负载惯量启动转矩,对于肩关节和肘关节驱动, 驱动力矩要克服负载转矩和负载惯量的启动转矩.根据转矩公式可以估算出相应的转矩.最终选取腰关节、肩关节、肘关节和腕关节的电机型号分别为42HS02、57HS09、57HS04 和28HS02, 这些电机都是两相四线或八线, 不能像直流电机那样在常规状态进行控制, 需选择与之相匹配的驱动器, 电机型号确定后, 厂家会给出相应的驱动器型号, 可以直接选用.3.关节传动方式分析与设计

通常的传动方式有齿轮传动、带传动和链传动等, 由于肘关节驱动力矩需要远距离传输, 不适合齿轮传动, 而链传动又有噪声大等缺点, 所以选用同步齿型带传动.同步齿型带传动是通过带齿与轮齿的啮合传递运动和动力, 与摩擦型带传动相比, 同步带传动兼有带传动、链传动和齿轮传动的一些特点.传动比准确, 啮合传动, 工作时无滑动;传动效率高, 高于98%, 节能效果明显;不需依靠摩擦传动, 预紧张力小, 对轴和轴承的作用力小, 带轮直径小, 所占空间小, 重量轻, 结构紧凑, 传动平稳,动态特性良好, 能吸振, 噪音小.肩关节和肘关节传动结构：驱动电机和机械臂分别置于转座中心两旁, 利于转座受力的平衡, 结构稳定.肩关节驱动电机输出轴上装有同步带轮, 大臂末端安装有相同齿型的带轮, 通过同步带将驱动力矩传至肩关节, 从而带动大臂运动, 传动比为3：1, 腰关节的传动方式及传动比和肩关节相同.肘关节驱动电机安装在转座上, 以减少大臂的负载, 电机输出轴上装有同步带轮, 通过同步带将驱动力矩传至肩关节处的中间带轮, 中间带轮带动肘关节转动, 从而驱动小臂运动, 传动比为3：1.(三).小结

以机器人运动学为基础的小型机械手, 结构可靠, 传动紧凑, 运行平稳高效.通过抓取实验验证, 机械手能够按照设定程序执行任务, 能够较为精准地抓取并移动小物块.而且, 机械手成本低廉, 操作简便, 能部分代替人工作业, 具有较好的应用前景.二.机械手的应用

(一)机械手在工业上的应用

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生 产系统中的一个重要组成部分。

目前在我国机械手常用于完成的工作有: 注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序;机械手加工行业中用于取料、送料;浇铸行业中用于提取高温熔液等等。机械手在自动化车间中用来运送物料,从事焊接、喷漆、装配等工艺操作,可将操作工人从繁重、单调、重复的体力劳动中解放出来。特别是在高温、危险、有害的作业环境(放射性、有毒气体、粉尘、易燃、易爆、强噪声等)中, 可用机械手代替人的部分操作。其中铸造、锻造、冲压、切削加工、喷漆、装配等各种工艺已经广泛应用。

(二)机械手在农业上的应用

1.荔枝采摘机械手果实识别与定位技术的运用。2.苹果被动抓取柔性机械手的运用

5(三).结语

以机器人运动学为基础的小型机械手, 结构可靠, 传动紧凑, 运行平稳高效.通过抓取实验验证, 机械手能够按照设定程序执行任务, 能够较为精准地抓取并移动小物块.而且, 机械手成本低廉, 操作简便, 能部分代替人工作业, 具有较好的应用前景.参考文献: [1] JohnJ.Craig.机器人学导论[ M].贠 超, 等译.北京:机械工业出版社,2006.[2] 安江波,孙昌将, 凌华.机械手结构设计与研究[ J].机械工程与自动化,2009,(2):91-95.[3] 方传青,尹丽娟.仿真设计(ADAMS)在农业机械手设计中的应用[J].农业装备与车辆工程, 2008,(2):20-22.[4] 吴振彪.工业机器人.2版[ M].武汉: 华中科技大学出版社,2006.[5] 李发海,王岩.电机与拖动基础[ M].北京: 清华大学出版社,2008.[6] 熊根良,胡泓, 张春慨.同步带传动机械手的建模与振动控制研究[J].机械传动,2006,(6):58-60.[7] 席思文,李伟光, 罗玮韬,等.一种搬运机械手的运动学仿真研究[J].机电工程技术,2009,(2):22-24.[8] 章军.六关节三指苹果抓取机械手的自适应柔性分析 [ J].农业工程学报, 2010(1): 141-144.[9] 王金政, 薛晓敏, 路超.我国苹果生产现状与发展对策

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2004.

第五篇：plc机械手

搬运机械手PLC控制系统设计 摘

要

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀 ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development.The manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back movement;conversion by setting its action in various different parts of the trip switch(SQ1---SQ9)generated on-off signal transmission to the PLC controller, through the PLC internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise positioning;their course of action include: decline in clamping increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back;its operation, including: Back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous;to meet the production requirements of the various operations and maintenance.Keywords: handling mechanical hands, Programmable Logic Controller(PLC), hydraulic, solenoid valve 目

录 前言………………………………………………………………………………….1 第一章 机械手的概况 1.1 搬运机械手的应用简况…………………………………………………2 1.2 机械手的应用意义………………………………………………………3 1.3 机械手的发展概况………………………………………………………3 第三章 搬运机械手PLC控制系统设计

3.1 搬运机械手结构及其动作……………………………………………… 3.2 搬运机械手系统硬件设计……………………………………………… 3.3 搬运机械手控制程序设计……………………………………………… 1 操作面板及动作说明…………………………………………………… 2 I/O分配………………………………………………………………… 3 梯形图的设计…………………………………………………………… 1）梯形图的总体设计…………………………………………………… 2）各部分梯形图的设计………………………………………………… 3）绘制搬运机械手PLC控制梯形图……………………………………

结

论……………………………………………………………………………… 谢

辞……………………………………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………………….附：语句表

梯形图

I/O接线图 前言

机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

第一章 机械手概况

1.1搬运机械手的应用简况 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。

但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5％。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。

国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面： 1.热加工方面的应用

热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。2.冷加工方面的应用

冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3.拆修装方面

拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。1.2机械手的应用意义

在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下： 1.可以提高生产过程的自动化程度

应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力，便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。

综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展概况与发展趋势

1.3机械手的发展概况

专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。

早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。50～60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。60～70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。

90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。

总之，目前机械手的主要经历分为三代：

第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。

1.4机械手的发展趋势

目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。

将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。

现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 PLC概况及在机械手中的应用 1.可编程序控制器的应用和发展概况

可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差 2.PLC的应用概况

PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1）.用于逻辑控制

这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。2）.用于模拟量控制

PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。3）.用于机械加工中的数字控制

现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。4）.用于工业机器人控制 5）.用于多层分布式控制系统 高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。3.PLC的特点

1）.可靠性高、抗干扰能力强

PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。2）.控制系统构成简单、通用性强

由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。3