2022年PLC的物料分拣机械手自动化控制系统方案设计书.docx

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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：基于 PLC 的物料分拣机械手自动化掌握系统设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机 自 054学号：0503016837同学姓名： 邹 俊 辉指导老师：赵丽 梅2021 年 6 月 19 日贵州高校本科毕业生论文（设计）诚信责任书本人正式声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行讨论所完成；毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处；特此声明；论文（设计）作者签名：日期：目 录目录 I摘要 IV AbstractIV第一章前言 51

2、.1 讨论的目的及意义 51.2 机械手在国内外现状和进展趋势51.3 主要讨论的内容 61.4 解决的关键问题 7其次章执行系统的分析与挑选72.1 执行机构坐标形式的挑选 72.2 执行机构的组成 102.3 执行机构各部分的分析与挑选 102.3.1 手部的挑选 62.3.2 手臂结构的挑选 112.3.3 机座结构的挑选 132.4 执行机构的工作原理 132.5 执行机构简图 14第三章驱动系统的分析与挑选143.1 驱动系统的分析与挑选143.2 机械手驱动系统的掌握设计 153.3 气动元件选取及工作原理 153.3.1 气源装置 153.3.2 执行元件 163.3.3 掌握元

3、件 173.3.4 帮助元件 183.3.5 真空发生器 193.3.6 吸盘 193.4 气动回路的工作原理 19第四章掌握系统的分析设计234.1 掌握系统的组成结构 234.2 掌握系统的性能要求 234.3 传感器的挑选 244.3.1 位置检测装置 244.3.2 滑觉传感器 244.3.3 视觉传感器 254.4 掌握系统 PLC的选型及掌握原理 264.4.1 PLC掌握系统设计的基本原就 264.4.2 PLC 种类及型号挑选 314.4.3 I/O点数安排 324.4.4 PLC外部接线图 334.4.5 机械手掌握原理 334.5 PLC程序设计 354.5.1 总体程序框

4、图 354.5.2 初始化及报警程序 354.5.3 手动掌握程序 354.5.4 自动掌握程序 36第五章总结与展望 36参考文献 37致谢 38附录 38基于 PLC的物料分拣机械手自动化掌握系统设计摘 要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色；它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动；可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以爱护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门；本文在纵观了近年来机械手进展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC 掌握的设计方案；采纳整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自

5、的特点并进行互补优化；对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和掌握系统进行了分析和设计；在其驱动系统中采纳气动驱 动，掌握系统中挑选 PLC 的掌握单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能；最终提出了一种简洁、易于实现、理论意义明确的掌握策略；通过以上部分的工作，得出了经济型、有用型、高牢靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型 PLC 掌握系统的设计也有肯定的借鉴价值；关键词 :机械手，气动掌握，可编程掌握器（ PLC），自动化掌握，物料分拣；The Design forThe Automatic Control System of TheSortingMateri

6、alsManipulator Based on PLCAbstractManipulator plays anextremely importantrole in the field of advanced manufacturing. It can carrygoods, sortmaterials and doheavy worksinstead ofthehuman being.Italso canrealizemechanization andautomation ofthe production,dothejobsinharmful environment to protect th

7、e personal safety.So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.In this paper,by reviewing the developmentalstatus ofthe manipulatorin recent years, combiningthedesignofmanipulatorandsystematicanalyzingtechnologyofthe manipulator,Wepro

8、posed the design schemethat the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design tofully considerthe characteristics of the software and hardwareand complementary optimization. We analyzedand designed theoverallstructure,the im

9、plementationofstructural,driving systemand control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system,manipulators moving,failure alarm and so on.Finally we put forward a control strategy which is

10、simple,easyto realize,and clear theoretical significance.Through the workabove, apractical,economical, high-reliabilitysorting material manipulatorwas designed, which also had certain reference value for the other types ofeconomical PLC control system design.Key words :manipulator ；pneumatic-driven；

11、 programmable logic controller PLC； automatic control；sorting materials第一章 前言1.1 讨论的目的及意义机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色；它可以搬 运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动；可以实现生产的机械化和自动化，能 在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以爱护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门；随着工业的高速进展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用；它可以搬运

12、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 操作以爱护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门；可编程掌握器 PLC是以中心处理器为核心，综合了运算机和自动掌握等先进技术，具有牢靠性高、功能完善、组合敏捷、编程简洁、功耗低等优点，已成为目前在机械手掌握系统中使用最多的掌握方式；使用PLC的自动掌握系统具有体积小，牢靠高，故障率低，动作精度高等优点；适应工业需要，本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的掌握，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动 作敏捷多样，适用于可变换

13、生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性 生产线；采纳 PLC掌握，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动扮装置， 可部分代替人工在高温顺危急的作业区进行单调长久的作业，并且在产品变化 或暂时需要对机械手进行新的安排任务时，可以答应便利的改动或重新设计其 新部件，而对于位置转变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转 换工作的费用；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、驱动系统和掌握系统的设计；1.2 机械手在国内外现状和进展趋势机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运；机械手延长和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危急、有害、有

14、毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产 率，保证产品质量；目前主要应用于制造业中，特殊是电器制造、汽车制造、 塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业；工业机械手与数控加工中心，自 动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统FMS 和运算机集成制造系统，实现生产自动化；随着生产的进展，功能和性能的不断改善和提高，机械 手的应用领域日益扩大；目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系；日系中主要有安川、oTC、松下、 FANLUC 、不二越、川崎等公司的产品；欧系中主要有德国的KUKA 、CLOOS、瑞典的 ABB 、意大利的 C0毗U及奥地利的工 GM公司；

15、我国机械手起步于 20 世纪 70 岁月初期，经过 30 多年进展，大致经受了 3 个阶段： 70 岁月萌芽期， 80 岁月的开发期和 90 岁月的应用化期；在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着；在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力；如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参加国际分工的庞大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支 持，将会给机械手产业进展注入新的动力；随着机械手进展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用；从传统的汽车制造领域向非制造领域延长；如

16、采矿机器 人、建筑业机器人以及水电系统用于爱护修理的机器人等；在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多；在将来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低；据推测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、训练、救灾、海洋开发、机器修理、交通运输和农业水产等领域得到应用；1.3 主要讨论的内容随着机械手技术的飞速进展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其掌握牢靠性强、使用敏捷性高和操作敏捷性好，仍要其成本低、可开发经济性 强；本论文主要讨论物料分拣机械手以下几个方面的内容：(1) 物料分拣机

17、械手执行系统的分析与挑选执行系统是由传动部件与机械构件组成，是机械手赖以实现各种运动的实体； 主要包括机身、手臂、末端执行器 3部分组成，其中每一部分都可以具有如干的自由度；执行系统的设计主要是对机械手的手部、手臂和机座进行设计；(2) 物料分拣机械手驱动系统的分析与挑选驱动系统是向执行系统各部分供应动力的装置；通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较，本设计挑选气压驱动的方式；内容包括气动元件的挑选及其工作原理、气动回路的设计和气动原理图的绘制；(3) 物料分拣机械手掌握系统的设计掌握系统是机械手的指挥系统，它掌握驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作；本机械手采纳可编程掌握器（ P

18、LC）对机械手进行掌握，主要包括对PLC的型号挑选、传感器类型进行挑选、 I/O口的挑选、对掌握系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内容；1.4 解决的关键问题1 解决机械手机械结构的设计问题，要求机械手结构简洁、经济、具有肯定的代表性；2 执行部件的运动精度的问题；3 机械手的掌握系统，包括掌握系统的电路和掌握程序，并解决工件和掌握系统的和谐问题；4 元件的匹配规章和学问的猎取及其表达形式；5 传感器的类型挑选；其次章 执行系统的分析与挑选机器手的执行结构是机械手赖以实现各种运动的实体；执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能；2.1 执行机构坐标形式的挑选机械手的基本型式较多，按手臂的坐

19、标型式而言，主要有四种基本型式： 直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式；下面就各型式机械手作简洁的分析对比：1、直角坐标式机械手直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带协作使用的一种机械手；它的手臂可作伸缩、左右和上下移动，按直角坐标形式X、Y、Z 三个方向的直线进行运动；其工作范畴可以是一个直线运动；两个直线运动或三个直线运动；如在X、Y、Z 三个直线运动方向上个具有A、B、C 三个回转运动，即构成六个自由度；直角坐标式机械手的优点：（1） ） 产量大，节拍短，能满意高速的要求；（2） ） 简洁与生产线上的传送带和加工装配机械相协作；（3） ） 适于装箱类、多工序复杂的工作，定

20、位简洁变更；（4） ） 定位精度高，载重发生变化是不回影响精度；（5） ） 易于实行数控，可与开环或闭环数控机械协作使用；缺点：机械手的作业范畴较小；2、圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手是应用最多的一种型式，它适用于搬运和测量工件；具有直观性好，结构简洁，本体占用的空间较小，而动作范畴较大等优点；圆柱坐标式机械手的工作范畴可分为：一个旋转运动，一个直线运动，加一个不在直线运动所在的平面内的旋转运动；二个直线运动加一个旋转运动；圆柱坐标式机械手有五个基本动作：（1） ） 手臂水平回转；（2） ） 手臂伸缩；（3） ） 手臂上下；（4） ） 手臂回转动作；（5） ） 手爪夹紧动作；圆柱式机械手的特

21、点是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可做上下直线运动和水平面内做圆弧状的左右摇摆；3、球坐标式机械手球坐标式机械手是一种自由度较多，用途较广的机械手；它的工作范畴包括：一个旋转运动；二个旋转运动；二个旋转运动加一个直线运动；球坐标式机械手可实现八个动作：（1） ） 手臂上下动作，即俯仰动作；（2） ） 手臂左右动作，即回转动作；（3） ） 手臂前后动作，即伸缩动作；（4） ） 手腕上下弯曲；（5） ） 手腕左右摇摆；（6） ） 手腕旋转运动；（7） ） 手爪夹紧动作；（8） ） 机械手的整体移动；球坐标式机械手的特点是将手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂直面内作圆弧状

22、上下俯仰动作，它的臂可作伸缩，横向水平摇摆，仍可以上下摇摆，工作范畴和人的手类似；它的特点能能自动挑选最合理的动作路线；所以工作效率高；另外由于上下摇摆，它的相对体积小，动作范畴大；4、关节式机械手关节式机械手是一种适用于靠近机体操作传动型式；它像人手一样有肘关节，可以实现多个自由度，动作比较敏捷，适于在狭窄的空间工作；关节式机械手，早在四十岁月就在原子能工业中得到应用，随后在开发海洋中应用，有肯定的进展前途；关节式机械手有大臂和小臂的摇摆，以及肘关节和肩关节的运动；它仍具有上肢结构，可实现近似于人手操作的机能；为具有近似人手的操作机能，需要研制最合适的结构；机械手型式的挑选第一是从满意它的运

23、动要求方面进行考虑， 然后从机械手的复杂程度以及经济情形等方面来考虑；本设计中的机械手主要动作为机械手手臂的左右移动，升降移动和机械手的整体旋转；直角坐标式机械手虽然具备手臂的伸缩上下、左右直线运动等动作，但是不具备机械手整体旋转动作，所以不考虑用直角坐标式机械手；球坐标式机械手和关节式机械手对动作要求方面足够满意要求，但是它们的结构都比较复杂，有很多动作是不必要的，显得铺张和增加了制造的成本和难度；圆柱坐标式机械手能满意手臂伸缩、手臂上下、手臂回转动等动作；可以将手臂回转动作改换成机械手的整体转动就可以满意本设计中机械手的动作要求；这样的修改并没有转变机械手的总体结构，只是进行了局部变动，使

24、得整个系统经济、实惠，所以确定用圆柱坐标式机械手；2.2 执行机构的组成工业机械手的执行系统主要以下机械部分组成：（1） 手部是机械手直接握持工件或工具的部分；（2） 臂部是机械手用来支持腕部与手部实现较大的运动范畴的部件；（3） 立柱支承手臂并带动它升降、摇摆和移动的机构；（4） 机座是机械手用来支撑臂部，并安装驱动装置及其他装置的部分；2.3 执行机构各部分的分析与挑选2.3.1 手部的挑选1 手部形式的确定手部就是用来握持工件或工具的部分；由于被握持的工件的外形、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，手部机构也是多种多样；常用的手部结构按其握持原理可以分为如下两类 :1）夹持式夹持式手部的结

25、构与人手类似，是工业机械广泛应用的一种手部形式；它主要由手指、传动机构、驱动机构组成；其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式，区分在于夹持工件的部位不同，手爪动作方向相反；夹持式手部设计时应留意以下事项：（1） 手指应有肯定的开闭范畴；（2） 手指应具有适当的夹紧力；（3） 要保证工件在手指内的定位精度；（4） 结构紧凑，重量轻，效率高；（5） 通用性和可换性；2）气吸式气吸式手部又称为真空吸盘式手部，它是通过吸盘内产生真空或负压，利用压差而将工件吸附，是工业机械手常用的一种吸持工件的装置；它由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，具有结构简洁、质量轻、不易损耗工件、使用便利牢靠等优点；但要求工件上与吸

26、盘接触的部位光滑平整、清洁、被吸附工件材质致密，没有透气间隙；主要适应于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张及塑料等表面光滑工件的抓取；气吸式又可分为：负压吸盘：真空式、喷气式、自挤式空气吸盘；磁力吸盘：永磁吸盘、电磁吸盘；真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空，故称真空式；喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时，由于管路的开头段截面积是逐步收缩的，所以气流速度逐步增大，在管路的最小截面处，气流速度达到临界速度，此时的气体受压，密度加大；在排气管路中因界面逐步增大，气流膨胀减压而使密度大大下降，致使气流速度连续增高，在吸气口处形成负 压；吸附头与吸气口连同，故形成

27、真空，以吸住工件；自挤式空气吸盘的工作原理是将软质吸盘按压在工件的表面，挤出吸盘内的空气、从而造成真空、吸住工件；磁吸式手是利用工件的导磁性，利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附材料工件；磁吸式手部不会破坏被吸附表面质量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑，影响正常工作；通过以上对手部的分析真空式具有结构简洁、质量轻、不损耗工件、使用便利、不影响机械手的正常工作等优点；而且满意所设计机械手的要求，所以选用真空式吸盘；真空吸盘机构如图 2.1 所示；图 2.1 吸盘机构图2.3.2 手臂结构的挑选手臂是机械手的主要部分，是支撑手腕、手指和工件并使它们运动的机构；手臂一般有三个运

28、动伸缩、旋转和升降；手臂的基本动作是将手部移动到所需的位置和承担抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量；1 手臂的组成：(1) 动作元件，如油缸、汽缸、齿条、凸轮等是驱动手臂运动的部件； 2导向装置，是保证手臂的正确方向及承担由工件的重量所产生的弯曲和扭转力矩；3手臂，起着连接和承担外力的作用；2 手臂设计的要求：1手臂承载才能大、刚性好、自重轻；2手臂的运动速度要适当，惯性要小；3手臂的动作要敏捷；(4) 位置精度要高；(5) 通用性要强；3 手臂的结构手臂的伸缩和升降运动一般采纳直线油（气）缸驱动；手臂作直线运动的结构，基本上是由驱动机构和导向装置所组成；驱动机构一般用油缸、油马达加齿轮、

29、齿条来实现直线运动；往复直线油（气）缸可以分为以下几种；双作用单活塞杆油缸 :液压机械手中实现手臂的往复运动用得最多的是双作用单活塞杆油缸；活塞在油压下作双向运动；机构上可以是油缸体固定、活塞 杆运动；也可以是活塞杆固定，而缸体运动；双作用双活塞杆油缸：当需要很大的行程时，将油缸做的很长、体积很大，就加工上有困难；如做成伸缩式双活塞杆油缸，既能满意行程要求，油缸的体积又小；其缺点是一次行程有两种速度；丝杆螺母机构：该机构传动的特点是易于自锁，但传动效率低；如采纳滚珠丝杠，效率可以提高，但因其较长，制造比较困难；本机械手的手臂有往复的直线运动，不需要很大的行程，考虑到结构的简洁性和设计的经济性，

30、选用缸体固定活塞杆运动的双作用单活塞杆气缸；4 导向装置机械手手臂在进行伸缩运动时，为防止手臂沿伸缩方向向中轴线转动、加大承载才能，以及提高运动精度，必需设有导向装置；手臂的导向装置系依据安装形式、结构及负荷等条件来确定；常用的有单导向杆和双导向杆，本设计中，伸缩运动中选用双导向杆；2.3.3 机座结构的挑选机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，是支撑起机械手全部重量的构件；对其结构的要求是刚性好、占地面积 小、操作修理便利和造型美观；机座结构从形式上分为落地式和悬浮式，或分为固定式、可移动式和行走式；无论哪一种形式，机械手工作时机座肯定予以固定；可移动式的机

31、座在停置时能够刹车定位，以保证机械手工作时的位置精度；依据本机械手的设计要求选用落地固定式机座；机座的结构与机械手的总体布置有关，对专用机械手而言，传动和掌握部分通常是单独布置，故机座比较简洁或不设机座；对通用机械手而言，传动部分布置在机架内部或后下方，掌握部分就布置在机座的后上方或单独布置一个掌握箱；物料分拣机械手手臂需要一个旋转模块，摇摆气缸就要固定在机座上；假如水平缸、垂直缸和手部机构直接安装到摇摆气缸的输出轴上，机构虽然简 单，但摇摆气缸的轴向受力增大，对气缸的自身要求较高，并易造成摇摆气缸的损坏；同时，机械手本身重心偏离立柱轴线以及各气缸运动产生的冲击都形成作用在摇摆气缸转动轴上的倾

32、覆力矩，所以采纳一个连接组件，将机械手立柱以上的重量和倾覆力矩由机架来承担；连接组件主要由四部分组成：双向推力球轴承、底座、转台和扣罩；如图2.2 所示；挑选双向推力球轴承而不是单向的，由于机座与转台在轴向上无法直接连接；采纳双向推力球轴承就可以方 便的将轴承内环与转台连接，外环用罩扣固定在底座上；另外，推力球轴承应 挑选公称尺寸较大一些的，这样可以更好的承担倾覆力矩；1、底座 2、摇摆气缸 3、双向推力球轴承 4、扣罩 5、转台图 2.2 机座结构图2.4 执行机构的工作原理物料分拣机械手的结构主要由机座、立柱、水平手臂、垂直手臂、电磁阀和吸盘等组成；其中机座采纳摇摆气缸进行驱动，手臂及吸盘

33、采纳单活塞杆双作用气缸驱动；机械手的动作基本有伸缩、升降、左右旋转、吸物和放物等动作；其结构原理如图 2.2所示；其动作次序为：初始位置A右旋 B前伸 C气缸下降 D吸物料 C上升 B收缩 A左旋 C气缸下降 D放物料 C上升回到初始位置；机械手的动作在整个过程中都是连续可循环的；2.5 执行机构简图依据前面机械手各部分的设计，可做出机械手大体结构简图，如图2.3 所示，大图见 CAD 图；1 右旋限位开关 2 左旋限位开关3 回缩限位开关4 前伸限位开关 5 上升限位开关 6 下降限位开关A摇摆气缸B前伸 / 回缩气缸C上升 / 下降气缸D真空吸盘图 2.3 执行机构简图第三章 驱动系统的分

34、析与挑选机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置；机械手的驱动系统依据动力源的不同，分为液压、气压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式；目前采纳的主要有液压、气压、电气这三种驱动方式；3.1 驱动系统的分析与挑选液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，简洁实现过载爱护，可自行润滑，使用寿命长；但也存在其油液简洁泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大；电气驱动，掌握精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便；但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在一些场合的应用；因此，人们寻求其他一些经济适用的驱动方式；气压驱动具有价格低廉、结构简洁、功率体积比高、无污

35、染及抗干扰性强、在工业机械手中应用较多；另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技 术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代化工业生产领域；在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统；据统计：在工业发达国家中，全部自动化流程中约有30装有气动系 统，有 90的包装机械， 70的铸造、焊接设备， 50的自动操机、 40的锻造设备和洗衣设备、 30的采煤机械， 20的纺织机械、制鞋业、木材加工、食品机械， 43的工业机器人装有气压系统；日、美、德等国的气动元件销售平均每年增长超过 10-15 ；很多工业发达国家的气动元件产值已接近液压元件的产值，且仍以较大速度

36、进展，气动机械手技术已经成为能够满意很多行业生产实践要求的一种重要使用工具；表 3.1 给出了各种掌握方式的比较：表 3.1各种掌握方式的比较通过以上三种驱动方式的比较选用气动驱动的方式，不仅能够满意了本设计的要求，而且节省了成本；3.2 机械手驱动系统的掌握设计依据物料分拣机械手的要求，在驱动系统中气缸的运动方式主要有两种：（1） ）直线运动（缸体固定，活塞杆运动）；（2）摇摆（缸体固定）；其气动驱动系统原理图如图 3.1 所示；图 3.1驱动系统原理图气动系统包括三个三位四通电磁换向阀、两个二位二通电磁阀、三个气缸、一个吸盘、四个调速阀、六个单向调速阀、消声器（如干）等；图中的调速阀掌握气

37、缸上升和下降、伸长和缩短、摇摆过程中的速度，防止速度过大对物料及机械手臂的冲击；三位四通电磁换向阀是转变气缸的运动方向；真空发生器的工作原理利用气体的喷射产生真空吸附物料，其主要功能是实现对物料的吸取和释放，真空发生器的动作是由二位二通电磁阀掌握的；3.3 气动元件选取及工作原理气压驱动是利用压缩气体的压力能来实现能量传递的一种方式，其介质主要是空气，也包括燃气和蒸汽；典型的气压传动系统由以下四部分组成：3.3.1 气源装置气源装置是获得具有肯定能量的压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机，有的仍配有气源净化处理装置、气罐等附属设备；它将原动机供应的机械能转变为气体的压力能；气压传动对气源的要

38、求：(1) 要求压缩空气具有肯定的压力和足够的流量；2要求压缩空气有肯定的清洁度和干燥度；下面对于主要的气源装置元件进行如下介绍：1、空气压缩机空气压缩机是产生压缩空气的气压发生装置，是气源主要的设备；按结构和工作原理可分为速度型和容积型两大类；容积型压缩机是利用特殊外形的转子或活塞压缩吸入封闭容积室空气的体积来增加空气的压力；容积型结构简 单、使用便利；本设计选用容积型压缩机；2、储气罐储气罐可以调剂气流，削减输出气流的脉动，使输出气留恋续和气压稳固，也可以作为应急气源使用，仍可以进一步分别油水杂质；储气罐上装有安全阀，使其极限压力比正常工作压力高10%，并装有指示罐内压力的压力表和排污阀等

39、；罐的型式可分为立式和卧式两种；本设计选用立式储气罐，由于它的进气口在下，出气口在上，以利用进一步分别空气中的油、水；3.3.2 执行元件执行元件是以压缩空气为工作介质产生气械运动，并将气体的压力能转变为机械能的能量转换装置，如气缸输出直线往复式机械能，摇摆气缸输出回转摇摆式机械能；1、气缸输出直线往复式气缸是气动执行元件之一；目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化；水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸；单活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成；其工作原理：对于前伸 /回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆

40、回缩；对于上升/下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升；2、摇摆气缸输出回转摇摆式摇摆气缸分为单叶片式和双叶片式；单叶片式摇摆气缸：压缩空气由进气口输入，作用在叶片上，带动轴回转产生转矩，另一腔的空气从排气口排出；双叶片式摇摆气缸：从进气口进入的压缩空气作用在一个叶片上，同时通过轴上的气路也作用在另一叶片上带动轴回转；这样双叶片式产生的转矩将是单叶片式的 2 倍；本设计采纳双叶片式摇摆气缸，这样就能产生更大的转矩，以利于机械手的转动；3.3.3 掌握元件掌握元件是用来调剂压缩空气的压力、流量和掌握其流淌方向，使气动执行机构获得必要的力、动作速度和转变运动方向，

41、并按规定的程序工作；气动掌握元件按功能分为压力掌握阀、流量掌握阀和方向掌握阀；1、压力掌握阀调剂和掌握压力大小的气动元件称为压力掌握阀；它包括调压阀、溢流阀、次序阀及多功能组合阀；调压阀是出口侧压力可调，并能保持出口侧压力稳固的压力掌握阀；溢流阀是在回路中的压力达到阀的规定值时，使部分气体从排气侧排出， 以保持回路内的压力在规定值的阀；调速阀是依据“流量负反馈”原理设计而成的单路流量阀；调速阀一般用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳固的系统中；调速阀依据“串联减压式”和“并联溢流式”，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型；本设计选用串联减压式调速阀；2、方向掌握阀方向掌握阀是转变压缩空气流淌

42、方向和气流通断状态，使气动执行元件的动作或状态发生变换的掌握阀，其通常可分为单向型掌握阀和换向型掌握阀两类；(1) 单向型掌握阀单向阀是指气流只能向一个方向流淌而不能反向流淌通过的阀，是最简洁的单向型方向阀；在气动系统中，单向阀除单独使用之外，常常与流量阀、换向阀和压力阀组合成只能单向掌握的阀；单向调速阀就是单向阀与节流阀并联而成；单向调速阀是把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分；当流体正向流淌时，其节流过程与调速阀是一样的，节流缝隙的大小可通过手柄进行调剂； 当流体反向流淌时，靠流体的压力把阀芯压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流淌；当正向流淌时，经过节流阀节流；当反向

43、流淌时，单向阀打开，不节流；(2) 换向型掌握阀换向型方向掌握阀按掌握方式分类，分为气压掌握、电磁掌握、人力掌握；换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或转变流体方向的阀；它的用途很广，种类也很多；换向阀的性能的主要要求是：（ 1）油液流经换向阀时的压力缺失小；（2） ）互不相通的油口间的泄漏小；（ 3）换向牢靠、快速且平稳无冲击；按换向阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式；按工作位置数和掌握的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、二位五通阀、三位四通阀、三位五通阀等；本设计选用三位四通电磁换向阀理由如下：3 电磁

44、换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来转变阀的工作位置；由于它操作轻巧，易于实现自动化，因此应用广泛；4 当三位四通电磁换向阀两端电磁铁都断电时，阀芯处于中位，各口互不相通；5 使用三位四通电磁换向阀能够快速实现气缸的正反向运动；3.3.4 帮助元件帮助元件是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必需的；可分为气源净扮装置和其他帮助元件两大类；1、气源净扮装置过滤器、调压阀和油雾器等组合在一起称为空气处理单元，又称为气动三联件；压缩的空气中含有各种杂质，这些杂质的存在会降低气动元件的耐用度和性能，造成误动作和事故，必需清除；空气处理单元就是用来清除压缩空气的杂质，提高空气质量的元件；

45、2、消声器消声器是降低排气噪声的装置；压缩空气完成驱动工作后，由换向阀的排气口排入大气；此时的压缩空气是以接近音速的状态进入大气，由于压力的骤然变化，使空气急速膨胀从而发出噪音，其音量一般为80dB100dB，为了改善劳动条件，应使用消声器；常用的消声器有三种类型吸取型、膨胀型和吸取膨胀型；吸取型消声器是依靠吸声材料来消声的；膨胀型消声器的结构比较简洁，相当于一段比排气口径大的管件，当气流通过时，让气流在其内部扩散、膨胀、碰壁撞击、反射、相互干涉而消声；吸取膨胀型消声器是上述两种的结合；气流由斜孔引入，气流束相互撞击、干涉、进一步减速，再通过设在消声器内表面的吸声材料消声，最终排向大气；本设计选用膨胀型消声器；3.3.5 真空发生器真空发生器的作用主要是使吸盘的橡胶皮碗形成真空而将工件吸附；真空发生器的工作原理是利用喷管高速喷射压缩空气，在喷管出口形成射流，产生卷吸流淌；在卷吸流淌作用下，使得喷管出口四周的空气不断地被抽吸走，使吸附腔内的压力降至大气压以下，形成肯定真空度；3.3.6 吸盘吸盘是直接吸吊物体的元件，一般用橡胶做成；真空吸盘之所以能吸附在工件上的缘由是由于环境压力（大气压力）大于吸盘与工件之间的压力；将吸盘与真空发生装置连接，吸盘内部空间的空气被抽去，当吸盘接触到工件时， 大气和吸盘之间形成了密封，就会吸住物料，吸气大小与大气压和吸盘内部空间的压力差成正比；