基于PLC控制的三自由度气动机械手设计
基于PLC的气动机械手控制系统设计
基于PLC的气动机械手控制系统设计一、本文概述随着工业自动化技术的飞速发展，气动机械手作为实现生产自动化、提高生产效率的重要工具，在各个领域得到了广泛应用。
基于可编程逻辑控制器（PLC）的气动机械手控制系统，以其稳定可靠、易于编程和维护的特性，成为当前研究的热点之一。
本文旨在探讨基于PLC 的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统构成、硬件选择、软件编程以及调试与优化等方面，以期为我国工业自动化领域的发展提供参考和借鉴。
本文将简要介绍气动机械手及其控制系统的基本原理和特点，为后续的设计工作奠定理论基础。
将详细阐述PLC在气动机械手控制系统中的应用优势，包括其可靠性、灵活性以及扩展性等方面的优势。
在此基础上，本文将深入探讨基于PLC的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统架构的设计、硬件设备的选择、软件编程的实现以及系统调试与优化等方面。
本文将总结基于PLC的气动机械手控制系统的设计要点和注意事项，为相关工程实践提供指导和借鉴。
通过本文的研究，旨在为我国工业自动化领域的发展提供新的思路和方法，推动气动机械手控制系统的技术进步和应用推广。
也期望本文的研究成果能对相关领域的学者和工程师产生一定的启示和借鉴作用，共同推动工业自动化技术的发展和创新。
二、气动机械手控制系统概述气动机械手控制系统是以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，结合气动执行元件、传感器以及相应的控制逻辑，实现对机械手的精确控制。
该系统结合了气动技术的快速响应和PLC的灵活编程特性，使得机械手的动作更加准确、迅速且易于调整。
PLC控制器：作为整个控制系统的核心，PLC负责接收和处理来自传感器的信号，根据预设的程序逻辑，控制气动执行元件的动作。
PLC 具有高度的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂的工作环境。
气动执行元件：包括气缸、气阀和气压调节器等。
气缸是实现机械手抓取、移动等动作的主要执行机构；气阀用于控制气缸的运动方向和速度；气压调节器则用于调节气缸的工作压力，以保证机械手的稳定性和精确性。
基于PLC控制的气动机械手的实验设计
基于PLC控制的气动机械手的实验设计作者：李永胜熊瑞平李兴国任信来源：《科技创新导报》 2013年第20期李永胜1 熊瑞平1 李兴国1 任倩2（1四川大学锦江学院四川成都 620860 ；2成都航利航空科技有限责任公司四川成都 620860）摘要：根据机电一体化专业实践教学的需要，结合近年来在制造领域飞速发展的气动机械手技术，本文设计了基于PLC控制的3自由度气动机械手试验台，对其机械手本体部分驱动部件、测控电路及控制单元进行了详细设计，并设计了相关实验。
该试验台于实践教学，引导学生在产品设计中综合运用专业知识，提升学生在工程实践中分析和解决问题的能力。
关键词：气动机械手； PLC控制；步进电机中图分类号: TH138 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)07(b)-0000-001 引言机电一体化专业是门实践性强的专业，为提升专业教学效果，提升学生专业能力，国内许多高校在机电专业实验设计方面做了大量的改革和实践【1-2】。
为提升实验教学效果，同时兼顾实验设计的模块化与综合型，既设置各专业课程实验如液压传动与控制、传感器、测控电路和PLC原理等实验，又提供综合设计实验【3】，引导学生综合运用各学科知识，设计符合工程实际的产品，提升学生的工程实践能力。
结合近年来在制造领域广泛应用并飞速发展的机械手技术【4-5】，本文设计了基于PLC控制的3自由度气动机械手试验台，并设计了系列实验方案应用于机电专业的实践教学。
2 基于PLC控制的气动机械手的设计本文设计的机械手试验台可将工件从A工位精确搬运到B工位，工件质量小于10kg，机械手垂直升降和水平伸缩工作行程速度50mm/s ，空行程速度300mm/s。
为满足上述功能要求，圆柱坐标型机械手具有水平伸缩、垂直升降和沿腰部旋转3个运动自由度；动力驱动部件采用气动驱动与电机驱动相结合的混合驱动方式；控制单元采用PLC控制，对机械手运动进行点位控制；传感器件选用限位接近开关，机械手运动到规定位置时向控制单元输入信号，形成测控回路。
基于PLC控制的三轴机械手系统设计
基于PLC控制的三轴机械手系统设计本文介绍三轴机械手系统设计的背景和目的，并概述了PLC控制的重要性。
三轴机械手是一种常见的工业自动化设备，可用于实现对物体的抓取与放置。
三轴机械手系统设计的目的是提高生产效率、减少人工操作，并保证操作的准确性和稳定性。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种数字化电子设备，广泛应用于工业自动化控制系统中。
与传统的电气控制系统相比，PLC具有编程灵活、易于维护和扩展的优势，能够实现复杂的自动控制功能。
本文将详细介绍基于PLC控制的三轴机械手系统的设计，包括硬件设计、软件编程和系统调试等内容。
通过PLC的编程控制，将实现对三轴机械手的协同运动和精确控制，提高生产效率和产品质量。
引用的内容请核实来源三轴机械手系统是由机械臂、执行机构和传感器等组成部分构成的。
以下是对这些组成部分的描述：机械臂机械臂是机械手系统的核心组件，用于执行各种动作和操作。
它一般包括多个可活动的关节，通过电动机驱动实现运动。
机械臂的结构和尺寸可以根据具体需求进行设计，以适应不同的应用场景。
执行机构执行机构是机械臂的末端装置，用于实现抓取、放置或其他动作。
它通常包括夹爪、吸盘或其他特定工具，可以根据需要进行更换。
执行机构的设计需要考虑到操作的稳定性、精度和安全性。
传感器传感器是机械手系统中重要的反馈设备，用于感知环境和检测目标物体。
常用的传感器包括力传感器、位置传感器和视觉传感器等。
这些传感器可以提供实时数据，帮助机械手系统做出准确的动作控制。
以上是基于PLC控制的三轴机械手系统的整体结构描述。
这个系统结构的设计可以根据具体应用的需求进行进一步的优化和调整。
本文将介绍基于PLC（可编程逻辑控制器）的控制系统设计。
该设计包括输入输出设备的选型、控制逻辑的设计和编程等内容。
输入输出设备选型在设计基于PLC控制的三轴机械手系统时，首先需要选择适合的输入输出设备。
这些设备包括传感器、执行器和人机界面。
传感器选型传感器用于检测系统的状态和环境条件。
基于PLC的三自由度机械手控制系统设计
基于PLC的三自由度机械手控制系统设计传统的机械手控制系统在机器进行运转的时候存在抖动幅度大和失步的问题，为此，提出了一种基于PLC的三自由度机械手控制系统设计。
首先对系统的硬件进行了设计，得出了硬件的框图；然后对系统的软件设计；最后进行了实验。
标签：PLC；三自由度；机械手控制；系统设计0 引言在工厂中，机械手的工作相当于人的手臂一样，可以按照特定的结构进行抓取、搬运等工作[1-2]。
三自由度的机械手操作系统又被称作3D的机械人，可以模拟人手臂的运动行为[3-4]。
随着社会经济的不断进步，传统的机械手控制系统在机器进行运转的时候存在抖动幅度大和失步的问题，不能满足工厂的需求。
为此，我提出了一种基于PLC的三自由度机械手控制系统设计。
首先对系统的硬件进行了设计，得出了硬件的框图；然后对系统的软件设计；最后进行了实验。
实验结果表明，该系统的设计具有运行稳定和定位精准等优点，对于我国未来的社会经济具有促进的作用。
1 基于PLC的三自由度机械手控制系统设计基于PLC的三自由度机械手的手臂进行左右运动的时候是由伸缩的步进电机控制，进行上下运动的时候是由升降的步进电机来控制，而进行旋转运动的时候是由机械底部的直流电机工作运行时候的正反旋转来控制。
而三自由度机械手进行夹紧工作的时候采用的是关节的结构装置，进行松开工作的时候是由电磁閥的气压驱动来控制。
该系统硬件设计的主要控制系统采用的是SH-2040型的步进电机驱动器和FX2N这一系列的三菱晶体管输出，这种机械手能够在不同的方向上进行抓取的运动，主要的运动系统是由垂直、水平、手爪和旋转组成的，并且每一个组成的系统都是由2个直流的电机进行发电和4个行程的开关进行控制，进行垂直的运动来完成一些的动作。
机械手进行垂直运动的时候，主要由电机、计数行程和限位行程的开关组成的。
使用9V的电压和直流的电机进行正向旋转的运动来提供抓力。
计数行程的开关是用来对旋转圈数的计量。
基于PLC的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计
的控 制方 式 为 电磁控 制 或 手动 控 制 。 各 执 行 机构 的 逻辑 控 制 功 能 是通过 Ｐ Ｌ Ｃ 控制 实 现 的 。其 气 动控 制 回路 原理 如 图 ２所 示 。
Ａ Ｂ Ｄ
师 亚娟 （ 陕西工业职业技术学院电气工程学院， 陕西 成阳 ７ １ ２ ０ ０ ０ ）
刘 欣 （ 兰 州理 工 大 学电信 学 院 ， 甘 肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
摘 要
以 自动 化 生 产 线 实验 设 备 中的 机 械 手 工作 站 为教 学 对 象 ， 分 析 了三 自由度 机 械 手 工 作 过 程 ， 讨论 了 Ｐ Ｌ Ｃ 控 制 系 统和 气 动控 制 系统 的设 计 。 介 绍 了移 位 指 令 在 三 自由度 机 械 手 控 制 程 序 中的 创 新 应 用 。实验 结 果表 明 ， 该 机 械 手 能 在 其 回 转 半 径 空 间 内实现 对 工件 的抓 取 、 放 置， 且 性 能稳 定 ， 工作可靠 ， 很 好 的提 高 了 实践 教 学 效 果 。
线 实 验 设 备 中 所用 到 的三 自由 度机 械手 臂 ，具有 可伸 缩 、 升 降、 旋转的特点 ， 能 够 灵 活 的 完
成工件的夹取、 放 置 动 作 。三 自 由度 机 械 手 臂 主 要 由 ：气 动 手 抓、 直线防转气缸 、 活 塞 杆 限位
气 动二 联 件
图 ２ 三 自由 度 机械 手气 动控 制 回路
图 ２中 ， Ａ为摆动 气缸气 动控制 回路 ： １ Ｂ １和 １ Ｂ ２为 电 感
ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ３－ｄ ｏｆ ｍｅｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａｌ ａｒ ｍ ｃａ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｓ ｈ ｇｒ ａ ｂｂｉ ｎｇ ａｎ ｄ ｐｌ ａ ｃｉ ｎ ｇ ｗｏｒ ｋ ｐｉ ｅ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ａｄｉ ｕｓ ｏｆ ｇ ｙｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｐａ ｃｅ ． ｉ ｔ ｉ ｓ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｅ ａ ｎｄ ｒ ｅｌ ｉ ａｂ ｌ ｅ ａｎ ｄ ｉ ｍ ｐｒ ｏｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｔ ｅ ａｃ ｈｉ ｎｇ ｅ ｆ ｅｃ ｔ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ３一ｄｏ ｆ ｍｅ ｃｈ ａ ｎｉ ｃａ ｌ ａ ｒ ｍ． ＰＬ Ｃ， ａ ｉ ｒ —ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｅｄ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｓ ｈｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ
PLC控制三自由度机械手控制部分分析与设计
图 ３机械 手 循 环 动 作 过 程示 意 图
停止信号 ： 下限位开关得 电。 动作 ７ ： 开始信号 ： 下限位开关得 电。 动 作 ： 手指松开动作 。 停止信号 ： 手指限位开关得 电。
动 作 ８ ： 开始信 号 ： 手指限位开关得电。
・
ｌ ２・
动 作 ： 手臂上摆 动作 。 停止信号 ： 上限位开关得 电。 动作 ９ ： 开始信号 ： 上限位开关得 电。 动 作 ： 回转腰右转动作 。 停止信号 ： 右限位开关得 电。机械手 回复初始状态 。
科 技 论 坛
・１ １・
Ｐ Ｃ控制三 自由度机械手控制部分分析 与设计 Ｌ
黄 智 英
（ 巴音 郭楞职业技术学院， 疆 巴音郭楞 ８ １０ ） 新 ４ ０ ０
摘
要： 本文主要 分析 和论述如何利 用 Ｐ Ｃ控制技 术 ， Ｌ 实现机械 手的握 、 移 等动作 ， 实现机 械手在 左右， 举、 并 前后 ， 上下三方向 自由
图 ２ 三 自 由度 机 械 手 结构 示 意 图
开始信号 ： 压力感应器得电。
动 作 ： 手臂 上 摆 动 作 。 停 止信号 ： 上限位开关得电。 动作 ４ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 限位开关得电。 左 动作 ５ ： 开始信号 ： 限位开关得 电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 左限位开关得电。 动作 ６ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 左 动 作 ： 臂 下 摆 动 作 。 手
一
表 １ 三 自 由度 机 械 手 Ｉ 分 配 表 ： ／ Ｏ
最 大 抓 重 ：Ｏ ｇ ｌＯ
手 指 夹 持 工 件 最 大 直径 ：０ ｍ ４ｒ ａ 手臂上下摆动角度 ：０ ６。 手臂 回转角度 ：Ｏ ９。 运料频率 ： ５次 ／ ｉ ｍｎ 三 自由度机械手结构如 图 ２所示 ，主要 由机械手指夹持机构 、 机械手臂上下摆动机构 、 机械腰 回转机构 、 固定底座等构成。 ２ 工 作原 理 及 分 析
基于PLC的3自由度机械手的控制系统
第29卷第3期2008年6月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journa l of Nort h China Institut e of W ate r Conservancy and Hydroe l ec tric Powe rVol 129No .3 Jun .2008收稿日期作者简介刘晓燕(—),女,河南许昌人,在读硕士研究生,主要从事机电控制及自动化方面的研究文章编号:1002-5634(2008)03-0048-02基于PL C 的3自由度机械手的控制系统刘晓燕1,乔文生2,陈俭培1,王丽君1(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;2.北京京航公司,北京100076)摘 要:利用“慧鱼”组合模型构建了3自由度机械手的机械模型,并对其运动原理和各模块间的相互作用进行了分析与研究,在此基础上利用PLC 实现了机械手的控制过程,对设计中出现的电源不匹配问题,通过使用中间继电器和稳压直流电源对其进行控制.实践表明,整个控制系统运行可靠,为实际3自由度机械手的控制提供了技术参考.关键词:3自由度机械手;PLC;行程开关;中间继电器中图分类号:TP241.2 文献标识码:A 3自由度机械手又称3D 机械人,能够实现3个自由度方向(水平、垂直和旋转)的抓取或放置物品,具有操作范围大、灵活性好、应用广泛的特点[1].1 3自由度机械手的工作原理1.1 结构简介采用慧鱼组合模型对3自由度机械手进行了构建,模型结构如图1所示[2].1—底座;2—旋转台;3—小圆柱;4—抓手行程开关;5—抓手电机;6—手臂;7—垂直行程开关;8—垂直螺杆9—螺杆轴齿轮;10—惰轮;11—垂直电机齿轮;12—垂直电机;13—水平电机;14—水平行程开关;15—水平螺杆;16—水平螺母;17—垂直螺母;18—旋转行程开关图1 3自由度机械手组合模型1.2 工作原理3自由度机械手能够实现在不同的方向上抓取物体,其运动系统主要由4部分组成:水平、垂直、旋转和手爪运动系统.每一个运动系统的控制部分都是由1个直流电机、2个行程开关组成.以垂直运动系统为例介绍3自由度机械手的工作原理.垂直运动系统主要由3个主要部件组成:电机、限位行程开关和计数行程开关.电机为垂直运动提供动力:这里所选用的电机为直流电机,通9V 电压,正向旋转;通以-9V 电压,反向旋转.限位行程开关限制垂直运动的极限位置,也是垂直运动的起始位置:当机械手臂向上运动碰到上面的限位行程开关后,机械手臂停止运动.计数行程开关是用来计量电机的旋转圈数的,从而可以精确计算垂直运动的距离,起到定位的作用.垂直运动具体的运动过程可分为定位阶段和复位阶段.定位阶段:驱动电机使手臂从初始位置开始下降,通过定位行程开关计数使手臂到达指定位置停止.复位阶段:驱动电机反转使手臂上升,直到碰到限位行程开关结束.整个垂直运动以PLC 为核心,通过外接电路(一方面行程开关的信号经由外接电路输入到P LC 中,另一方面P LC 发送指令给电机,使电机产生相应的运动)进一步驱动执行机构动作.控制系统的结构如图2所示.:2008-01-20:1984.图2 控制系统的结构框图2 控制系统设计受实验室条件限制,采用了AFP12217-F 型[3]可编程控制器来实现3自由度机械手运动的控制过程.整个控制系统以可编程控制器为中心,通过继电器与稳压电源组成的外接电路与输入输出装置相连.主要的输入量为运动过程中的限位行程开关和计数行程开关,输出量为控制运动机构动作的电机.具体的控制过程如下:1.机械手开夹(抓手计数开关计数)ϖ旋转台正转到位置1ϖ垂直电机下降ϖ水平电机伸长(水平计数开关计数)到位置2ϖ闭夹夹取工件;2.垂直电机动作(上升)ϖ旋转台正转ϖ水平电机做收缩动作(水平计数开关计数)到位置3→垂直电机动作(下降)ϖ开夹(抓手计数开关计数)ϖ放工件;3.垂直电机动作(上升到顶部)ϖ旋转台反转到位置4ϖ水平电机做伸长动作(水平计数开关计数)→垂直电机动作(下降到底部)ϖ闭夹夹取工件; 4.垂直电机动作(上升顶部)ϖ旋转台反转ϖ水平电机做收缩动作(水平计数开关计数)ϖ垂直电机动作(下降)ϖ开夹放物件(抓手计数开关计数). 图3为实现整个控制作用的部分P LC 梯形图.3 设计中产生的问题及解决措施控制电机是9V 驱动,而P LC 输出电压是24V ,这样就出现了电源不匹配的问题,使用中间继电器和稳压直流电源即可解决.具体做法是:将2个中间继电器的接地端和9V 端联在一起,这样2个继电器原本的4个端子被化解为2个,然后将电机的2个输入端分别接在2个中间继电器上,再将2个中间继电器的输入端(24V 电源和接地端)分别接在P LC 控制面板上,这样就可以实现P LC 程序控制电机的正、反转.图3 PLC 梯形图参 考 文 献[1]柳洪义,宋伟刚.机器人技术基础[M ].北京:冶金工业出版社,1999:1-20.[2]德国慧鱼公司.操作手册L LW i n 3.0[Z].2004.[3]吴键强,姜三勇.可编程控制器应用技术[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000:23-46.3-DO F M a n ipu l a tor C on tr ol Syste m Ba sed on PLCL IU Xiao 2yan 1,Q IAO W en 2sheng 2,CHEN Jian 2pei 1,WANG L i 2jun 1(1.North China Institute of Wa ter Conservancy and Hydroelectri c Po wer,Zheng zhou 450011,Chi na;2.Be iji ng J inghang Co r porati on,B eijing 100076,Ch i na )Ab stra ct:F ische rt echnik ha s been adop t ed to e stablis h t he 3-DOF mani pula t or m echani ca l struc t ure,and the princ i p l e s of the move 2ment and t heir int e rac ti ons be t w een t he module s are analyzed and researched .On this basis,the PLC is used t o i m p le m ent t he control proce ss of the m ani pulat or .For the problem tha t po we r doe s n o tm atch wit h the equi pment t hat happens during t he design,by using the y D y,T ,y 2,f f 3DOF K y 3DOF ;L ;;y94第29卷第3期刘晓燕等: 基于PLC 的3自由度机械手的控制系统 in t e r med ia t e re la s an d regu l a t o r C po w er supp l it is co n tro ll ed .he p ractice sh ow s tha t t h e w ho l e co n tro l s stem op erati o n is re lia b le an d it p rov id s th e techn ical su p po rt o r the con tr o l o t h e actua l -man i p u la t o r .e w or d s:-man i p u la t o r P C trip s w itch in ter m ed i a te rela。
基于PLC控制的气动机械手研制共3篇
基于PLC控制的气动机械手研制共3篇基于PLC控制的气动机械手研制1基于PLC控制的气动机械手研制随着现代工业的不断发展，生产线的自动化程度越来越高，机器人逐渐替代人类在生产线上完成重复性操作。
在机器人中，气动机械手由于具有结构简单、速度快、力矩大等特点，被广泛应用于装配、搬运、喷涂等多个领域。
而基于PLC控制的气动机械手系统则是实现其自动化操作的重要手段。
本文旨在介绍基于PLC控制的气动机械手的研制过程和关键技术，以期为相关领域的从业人员提供有益的参考。
一、气动机械手的设计1. 机械结构设计气动机械手主要由基座、转台、专业操作台、张合臂、升降臂、旋转臂、夹持器等多个部件组成。
机械结构的设计需要考虑机械臂的动态特性、稳定性、载荷能力等因素，保证机械臂能够快速准确地完成任务。
2. 接口设计气动机械手与PLC的连接部分需要设计适当的接口，以便PLC通过信号传递与机械手进行信息交互，从而实现控制。
3. 程序设计根据气动机械手执行的任务及其工作过程的特点进行程序设计，使用PLC编程语言实现控制。
二、气动机械手控制系统的设计1. PLC选择PLC是气动机械手控制系统的核心。
在选择PLC时需要考虑多个因素，如工作条件、处理器速度、I/O容量、程序语言等。
2. PLC程序设计PLC程序需要实现机械臂的自动化操作，包括气动元件的控制信号发送、传感器数据的采集、运动控制算法的实现等。
3. 接口设计PLC与气动机械手之间需要建立信号传输接口，以实现信息交互。
接口设计需要考虑信号干扰、传输速度、数据格式等因素。
三、系统测试与优化1. 环境配置系统测试前需要对环境进行准备，确保系统能够在预期的条件下工作，如调整气压、排除干扰等。
2. 系统测试系统测试主要包括硬件测试和软件测试，需要对PLC、传感器等硬件设备进行测试，并确保程序逻辑正确。
3. 系统优化在测试过程中发现问题后需要对系统进行优化，包括修改程序逻辑、优化控制算法、调整机械臂结构等，以保证系统的稳定性和可靠性。
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任务书以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写）开题报告一、课题的来源、目的、意义，国内外基本情况●课题的来源：本课题来源于企业需求。
●课题的目的、意义:在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。
它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。
它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。
机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。
●国内外研究状况及发展趋势：近20年来, 气动技术的应用领域迅速拓宽, 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。
电气可编程控制技术与气动技术相结合, 使整个系统自动化程度更高, 控制方式更灵活, 性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展, 对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入, 促进了电气比例伺服技术的发展, 现代控制理论的发展, 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制, 控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点, 国内外都在大力开发研究。
从各国的行业统计资料来看, 近30 多年来, 气动行业发展很快。
20世纪70年代,液压与气动元件的产值比约为9∶1, 而30 多年后的今天, 在工业技术发达的欧美、日本等国家, 该比例已达到6∶4, 甚至接近5 ∶5。
我国的气动行业起步较晚, 但发展较快。
从20世纪80年代中期开始, 气动元件产值的年递增率达20%以上, 高于中国机械工业产值平均年递增率。
随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用, 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。
Ⅰ.气动机械手的应用现状由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。
而气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。
所以, 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工, 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。
Ⅱ.发展前景及方向a)重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。
重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。
重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。
重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。
随着微电子技术和现代控制技术的发展, 以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。
气动机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。
b)模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。
模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。
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。
由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承, 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。
优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。
模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是气动机械手的一个重要的发展方向。
c)无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求, 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。
随着材料技术的进步, 新型材料(如烧结金属石墨材料) 的出现, 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件, 不仅节省润滑油、不污染环境, 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。
d)机电气一体化由“可编程序控制器- 传感器- 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件, 使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。
而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。
气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀技术的发展, 又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。
气动技术经历了一个漫长的发展过程, 随着气动伺服技术走出实验室, 气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。
目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。
我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚, 但随着投入力度和研发力度的加大, 我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。
随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用, 为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。
由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点, 可以预见, 在不久的将来, 气动机械手将越来越广泛地进入工业、航空、医疗、生活等领域。
二、预计达到的目标、关键理论和技术、完成课题的方案和主要措施1．预计达到的目标：采用气动装置PLC控制机械手，它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。
主要完成的是气动式机械手臂的结构方面设计，以及用PLC软件进行简单的控制编程设计。
机械手具有三个自由度：上下一个，旋转一个，手指的开闭一个。
上下是10cm，前后是25cm，旋转是90度，手抓开合是60度。
工件尺寸大约在1.5～2cm直径。
2．关键理论和技术：运用机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。
在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。
同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。
（如下图所示）机械手的系统工作原理框图运用到所学知识有机械设计理论，液压传动技术，电液控制技术，PLC控制编程技术，电工电子技术，液压系统设计原理等。
3．完成课题具体方案措施如下：（1）、机械手各执行机构设计，包括：末端执行器、手臂、手腕及基座的设计设计参数：1. 机械手最大抓重: 1kg2. 工件尺寸：直径约1.5～2cm3. 自由度数: 3个自由度4. 坐标型式: 圆柱坐标5. 手指开合角度： 60°（最大速度: 60度每秒）6. 支座旋转角度: 90°（最大速度: 90度每秒）7. 手臂运动参数伸缩行程：100mm伸缩速度：100mm/s升降行程：200mm升降速度：100mm/s8. 机械手（重复）定位精度：mm5.0（2）、驱动系统的设计本课题上下、旋转和手爪开合三个自由度选择气压传动系统驱动，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。
（3）、设计控制部分本机械手采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号（初定三菱的PLC装置），根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。
预定工作流程如图所示。
（4）、图纸绘制。
装配图、零件图、电路原理图的绘制。
三、课题进展计划日期工作内容08.10.1～08.10.30 完成开题报告及资料翻译08.11.1～08.12.30 确定结构方案四、主要参考文献[1]吴振彪.工业机器人.武汉：华中理工大学出版社，1997[2]郭洪红.工业机器人技术.西安：西安电子科技大学出版社，2006.3[3]王天然.机器人.北京：化学工业出版社，2002[4]白井良明[日].机器人工程.北京：科学出版社，2001[5]大熊繁[日].机器人控制.北京：科学出版社，2002[6]陆鑫盛，周洪.气动自动化系统的优化设计[M].上海：上海科学技术文献出版社，2000.5[7]SMC(中国)有限公司.现代实用气动技术.第二版.北京：机械工业出版社，2003.10[8]郑洪生.气压传动及控制，第二版[M].北京：机械工业出版社，1992[9]林文坡.气压传动与控制[M].西安：西安交通大学出版社，1992[10]成大先.机械设计手册.第五卷.第四版[M]. 北京：化学工业出版社，2002[11]机械设计手册编委会.机械设计手册.气压传动与控制.北京：机械工业出版社，2007.2[12]气动工程手册编委会.气动工程手册[M].北京：国防工业出版社，1995[13]王积伟，章宏甲，黄谊.液压与气压传动.第二版.北京：机械工业出版社，2005[14]吴宗泽，罗圣国．机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2006.5[15]何铭新，钱可强．机械制图．北京：高等教育出版社，2004．1[16]张建明等.机电一体化系统设计.第二版.北京：北京理工大学出版社，2008.6[17]王信义.机电一体化技术手册.第二版.北京：机械工业出版社，2000[18]张建民.机电一体化原理和应用.北京：国防工业出版社，1992[19]高钟毓.机电控制工程.北京：清华大学出版社，1994[20]钟福金，吴晓梅.可编程序控制器[M].南京：东南大学出版社，2003[21]李建兴.可编程序控制器应用技术.北京：机械工业出版社，2004.7[22]Yuan Shihua , Hu Jibin. The research on the efficiency of multirange hydro-mechanical transmission[J]. Journal of Beijing Institute of Technology,1998[23]Goo Bong Chung and Byung-Ju Yi etl. Design and analysis of a spatial 3_DOF Micromanipulator for tele-operation[A].Proceed-ings of the IEEE/RST International conference on Inellligent Robots and System[C].USA,2001[24]Tim King and Michele Pozzi and Angelo Mannara, Piezoactuators for real-world applications[J]. Power Engineering Journal,2000摘要在机械制造业中，机械手已被广泛应用，大大地改善了工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。