南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 模拟生产系统搬运站的设计
等装置。通用机械手：它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活的机械手。它是适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
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。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、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，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。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）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。随着生产的发展，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。 3.1.2机械手的分类
a、按驱动方式分：液压式、气动式、机械式； b、按适用范围分：专用机械手、通用机械手； c、按运动轨迹控制方式分：点位控制、连续轨迹控制；
d、按臂部的运动形式分：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节式。 3.1.3机械手主要组成
机械手主要是由执行系统，驱动系统，控制系统三大部分组成。 a、执行部分
执行系统是机械手的机械传动结构部分。它包括手、手腕、手臂和机座等部件。
b、驱动系统
驱动系统是驱动系统的动力装置。驱动系统有液压驱动，气压驱动，电力驱动和机械驱动等方式。
c、控制系统
控制系统是支配执行系统按规定程序动作得到电气控制装置。控制系统所控制的因素包括执行系统各部的动作、动作顺序、位置、时间、和速度等。
8
南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 模拟生产系统搬运站的设计
3.1.4 机械手的特点
a、对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的工作。在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，火等危险环境中胜任工作。
b、机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并扩大和延伸人的功能。
c、由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。
d、机械手的特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。
3.2MPS系统中搬运站的结构功能
3.2.1搬运站组成
搬运站单元主要由提取模块、I/O接线端口等组成，如图3-1所示。
摆臂气缸
提取气缸
转动气缸
气动夹爪
图3-1 机械手站结构
该单元主要为一气动机械手，此站完成提取工件、按要求将工件分流的过程。
9
南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 模拟生产系统搬运站的设计
1）提取模块
该模块主要由两个直线气缸（提取气缸和摆臂气缸）、一个转动气缸及手指气动夹爪组成。
提取气缸安装在摆臂气缸的气缸杆的前端，垂直方向运动，以便于提取工件。该气缸是一个杆不回转型气缸，其活塞杆为六边形，这样杆就不能随便转动，便于气爪夹取工件。
摆臂气缸构成了气动机械手的“手臂”，可以实现水平方向上的伸出、缩回动作。同时它还是一个双联气缸（有的地方叫倍力缸），它拥有两个压力腔和两个活塞杆，在同等压力下，双联气缸的输出力是一般气缸的两倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在气缸的两个极限位置上分别安装有磁感应式接近开关，用于判断气缸的动作是否到位。
转动气缸用于实现摆臂气缸的转动，其转动角度为180°，在气缸的两个极限位置上分别安装有阻尼缸（用于缓冲旋转冲击）和电感式接近开关（用于判断气缸旋转是否到位）。
气动夹爪则用于抓取工件。 3.2.2搬运站气动回路图
图3-2 搬运站气动回路图 10
南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 模拟生产系统搬运站的设计
1A为旋转气缸；1B1和1B2为电感式接近开关；2A为摆臂双联气缸；2B1、2B2为磁感应式接近开关；3A为气动夹爪；3B1为磁感应式接近开关；4A为杆不回转的提取气缸；4B1、4B2为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2为旋转气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2为控制摆臂气缸的电磁阀的两个电磁控制信号；3Y1、3Y2为控制气动夹爪开与闭的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1为提取气缸的电磁阀的电磁控制信号。
在3-2图中，本站开始工作时，进行夹爪打开、横臂缩回和转上工位复位动作，均靠气缸复位来完成。等上站工作完成信号来后，首先使电磁阀线圈2Y2通电，使2号气缸动作，横臂缩回。当检测开关2B2有信号输出后，使控制4号气缸的电磁阀线圈4Y1通电，实现夹爪下降动作，准备抓工件，下降到位后，4B2输出，此时使3Y2通电，实现夹紧动作，延时后，使4Y1断电，夹爪上升，直到4B1有信号输出，此时令2Y1通电，横臂缩回；缩回到位后，2B1输出，使1Y2通电，横臂实现旋转，使操作手到达下一工位。等下工位有工件后，使2Y2通电，横臂伸出，到位后2B2输出，使4Y1得电，4号汽缸活塞杆伸出，夹爪下降，到位后，使3Y1通电，夹爪释放工件，完成后，使4Y1断电，夹爪上升，到最高位后，使2Y1通电，横臂缩回，到位后，2B2有信号输出，使1Y1通电，横臂转上工位，完成本站工作。
3.3搬运站单元的控制要求
当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，夹爪打开，提取气缸上升到位。然后进入工作运行模式，按启动按钮，操作手单元先摆臂气缸后提取气缸依次伸出，提取气缸伸出到达下端后夹爪夹取工件，夹紧工件后，再按照先提取气缸后摆臂气缸的顺序依次缩回，然后摆臂气缸摆到右端，等待工件送出信号。再次按下启动按钮，工件送出，摆臂气缸、提取气缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆过程返回到初始位置。
11
南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 模拟生产系统搬运站的设计
3.3.1 搬运站动作过程
复位 上站信息到 摆臂气缸伸出 横臂伸出到 提升气缸伸出 提升气缸伸出到位 夹爪夹紧 夹紧一秒后 提伸气缸缩回 缩回到位 摆臂气缸缩回 缩回到位 转动气缸转到下一工位 转位到位 摆臂气缸伸出 伸出到位 提升气缸伸出 夹爪下降到位 夹爪放工件 返回
图3-3 搬运站动作流程图
12