黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 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) 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。 (二)驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动。 (三)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。该机械手采用的是PLC程序控制系统，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，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。 (四)位置检测装置
控制机械手执行机构的运动位置，并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。
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 机械手的抓取能力可参照钳爪式手部的有关公式，结合机械手的几何参数进行计算。由于壳体重量较轻(≤2 kg)，夹紧缸内径d=40 mm，所以在气压驱动系统中有足够大的夹紧力。
由于外气源工作压力较低，抓举力较小，刚好适用于抓取水果，不至于把水果抓烂，气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题. 压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 2 抓取水果机械手控制系统的工作任务
水果抓取机械手执行机构的设计要求是能在控制系统的指令下，能将水果迅速，灵活，准确，可靠地抓起并运送到指定位置，因此设计要考虑到运动的速度，加速度等情况。
机械手抓取水果的动作过程为：在原位下降（由立柱的升降气缸控制，下降过程中手指始终张开一定的角度，以保证不会损伤水果）——抓取苹果（由手腕旋转气缸和手部夹紧气缸共同完成，通过视觉识别系统来确定水果的分类）——上升并旋转（由立柱升降和旋转由气缸共同完成，将水果送至对应的传送带上方）——下降（由立柱升降气缸实现，将水果送至传送带上）——张开手指并放下水果（该过程由于受部夹紧气缸完成）——上升并旋转（由立柱升降气缸共同完成，机械手臂还原至初始位置）。 机械手的全部动作由气缸马达驱动，而气缸马达又由相应的电磁换向阀控制。例如下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手下降停止，只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由放松电磁阀和夹紧电磁阀控制，上转/下转分别由上转电磁阀和下转电磁阀。
2.1 确定所需要的的用户I/O设备及I/O点数
2.1.1输入设备——用以产生输入控制信号
本设计中应包括：
（1）操作方式转换开关：有手动，单步，单周期，循环等4个位置可供选择。 （2）手动时的运动选择开关：应有上/下，左/右，夹紧/放松，等3个位置可供选择。
（3）起动，停止及复位按钮。
（4）位置检测元件：机械手的动作是按行程原则进行控制的。其上限，下限，左限，右限的位置分别用限位开关来检测。
（5）无工件检测元件：右工作台上无工件用光电开关来检测。开关及按钮在操作屏上的布置如图3,所示.各限位开关几光电开关的配置见图1.
左/右 夹/松 单步 上/下 手动 单周期 连续 停止 复位 起动
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 图3操作面板布置图
其中光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。 限位开关是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。限位开关主要就是限定位置，比如行车之类的，当到末端位置，限位开关就触动，停止继续运动，不至于出轨，假如光靠机械阻挡制动不仅不利于设备，也浪费电能。
2.1.2输出设备——由PLC的输出信号驱动的执行元件
本设计中应包括下降电磁阀，上升电磁阀，夹紧电磁阀，放松电磁阀，左移电磁阀，右移电磁阀。
为了机械手处于原点进行指示，还配置1个原点指示的指示灯。
各配置的设置图见图1
根据所确定的用户输入设备及输出设备，可画出PLC的I/O连接图,如图4所示。由图可见，PLC共需要15点输入，6点输出。
起动按钮 下限位开上限位开右限位开左限位开关 光电开关 （无工件检测） 操作方式选择
左/右 运动选择
夹/松 上/下 复位 停止按钮 手动 单步 单周期 连续 1000 2000 1001 1002 2001 1003 2002 1004 2003 1005 2004 1006 1007 1008 1009 2005 1010 ACMY——S80 1011 1012 1013 1014 下降沿电磁阀
夹紧电磁阀
上升电磁阀 右移电磁阀
左移电磁阀
原点指示
图4 PLC I/O连接图
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黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） 由于不同机型的PLC，其I/O点的编号不同，因此应根据所选择的机型，对PLC的I/O点分配编号。由图4给出的是ACMY-S80所对应的I/O点编号。
2.2选择PLC
该机械手的控制为纯开关量控制，且所需的I/O点数不多，因此选择一般的小型抵挡机PLC即可人。
另外，从PLC的功能方面考虑，该系统要实现的步进控制，可以用一般PLC具有的移位寄存器和移位指令来编程，但若选择具有步进指令功能的PLC，则实现步进控制就更加非常方便。
再者，由于所需的I/O点数为15和6点，考虑到机械手操作的工艺固定，PLC的I/O点基本上可不留余量。结合书上所介绍的PLC可选用GE-I（I/O点数分别为15和9）和ACMY-S80(I/O点数为24和16点)PLC均能满足要求。本设计介绍ACMY-S80 PLC来实现水果抓取机械手控制系统。
当然，具有选择何种机型，还需要比较价格，配件，维修等方面的因素，使之更加经济合理。
ACMY系列PLC是上海香岛机电有限公司的产品，有ACMY-S256和ACMY-S80两个品种。属小型抵挡PLC，其中ACMY-S80为更小型化的产品，它与ACMY-S256相互兼容。本设计使用ACMY-S80。
2.2.1 ACMY-S80PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，
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