桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第6页，共44页 2.2 机械手及传送带 2.2.1机械手及传送带简介
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。
工业生产上应用的机械手，由于使用场合和工作要求的不同，其结构型式亦各不相同，技术复杂程度也有很大差别。但它们都有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作。此外，还有些非自动化的装备，具有与人体上肢类似的部分动作，结构上与工业机械手是一致的，亦可归属于工业机械手的范畴。例如，早期就有一种由人直接用绳索牵引进行操作的随动机械手和近期发展起来的由人工进行操纵的机械手（如平衡吊），以及一些就近按钮控制或遥控的非全自动的单循环的机械手等。
1868年，在英国出现了皮带式传送带输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905 年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，传送带输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善， 逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。
传送带一般按有无牵引件来进行分类。 2.2.2传送带机械手的基本结构
机械手包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 （1）手部
即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
（2）手腕
是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第7页，共44页 （3）手臂
手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
（4）立柱
立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
（5）机座
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，故起支撑和连接的作用。
（6）传送带
具有牵引件的传送带一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用传送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证传送带正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。 2.2.3机械手的选择
由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。 2.2.4机械手的用途
在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成工件的取放。对机械手的控制主要是位置识别、运动方向控制和物料是否存在的判别。其任务是将传送带A上的工件或物品搬运到传送带B上。机械手的上升、下移、左移、右移抓紧和放松都是用双线圈三位电磁阀气动缸完成。当某个电磁阀通电时，就保持相对应的动作，即使线圈再断电仍然保持，直到相反方向的线圈通电，相对应的动作才结束。设备上装有上、下、左、右、抓紧、放松六个限位开关，控制对应工步的结束。传送带上设有一个光点开关，监视工件到位与否。
机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第8页，共44页 行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。实际的机器人由带有腕(或称为手臂)的主机身和机身端部的工具(通常是某些类型的夹持器)组成,同时也包括一个辅助动力系统。本文是对整个设计工作较全面的介绍和总 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
3 设计主体部分
3.1 控制流程图
本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手自动连续动作过程分为八个公步,机械手的动作过程如图3.1-1所示：
图 3.1-1机械手的动作过程图
3.2 机械手的控制要求
为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。
手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。
回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第9页，共44页 选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。
单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。 单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置
连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。
该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。 3.3机械手的设计方法
使用起保停电路进行设计编程。因该机械手的控制有多种工作方式，所以程序上可以划分为公共程序、手动程序、回原点程序和自动程序四部分。
（1）公共程序：用于自动程序和手动程序相互切换的处理，当系统处于手动工作方式时，必须将初始步以外的各步对应的位存储器复位，同时将表示连续工作状态的复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个步同时激活的异常情况，引起错误的动作。
（2）手动程序：为了使系统安全运行，在程序中应设置必要的连锁保护。 （3）会原点程序；机械手在回原点工作方式时，按下回原点起动按钮，将会自动完成回原点操作，直到回到原点位置后停止。
（4）自动程序：在用起保停电路设计的自动控制程序中应用某点来表示连续工作状态。用某点来表示步与步之间的转换，即当该点为On时允许转换，允许步与步之间的转换。
3.4 I/O设备及I/O点分配表
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第10页，共44页 表1 I/O设备及I/O点分配表 输入元件 手动 回原点 单步 单周期 连续 回原点起动 起动 停止 光电开关 夹紧开关
输入继电器 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 X30 X31 输入元件 下限位开关 上限位开关 右限位开关 左限位开关 上升按钮 左行按钮 放松按钮 下降按钮 右行按钮 夹紧按钮 输入继电器 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 输出元件 下降电磁阀 夹紧电磁阀 上升电磁阀 右行电磁阀 左行电磁阀 电机控制1 电机控制2 输出继电器 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 3.5 控制面板及说明
图 3.5-1控制面板图
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