第二章 机械手的设计方案
对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾-放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.
2.1机械手的座标型式与自由度
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度
图2-1 机械手的运动示意图
Fia.2-1 Sketch Map of the Motion of Manipulator
第三章 手臂伸缩，回转气缸的尺寸设计与校核
3.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核
3.1.1手臂伸缩气缸方案一的尺寸设计与校核
为方便大规模生产需求以及采购，根据实验设计要求，手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用CTA型气缸，尺寸系列初选内径为100/63.
(1).在校核尺寸时，只需校核气缸内径=63mm,半径R=31.5mm的气缸的尺寸满足使用要
气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。
导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。
3.1.4 平衡装置
在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。
3.2手臂回转气缸的尺寸设计与校核
3.2.1 尺寸设计
第四章 气动系统设计
4．1气压传动系统工作原理图
图4-1为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机（排气压力大于0.4-0.6MPa）通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。
图4-1 机械手气压传动原理图各执行机构调速。凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可以加快启动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。
为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器。这样可以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀的气路阻尼元件。
电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。
第五章 机械手的PLC控制设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。
5.1可编程序控制器的选择及工作过程
5.1.1 可编程序控制器的选择
目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。本次设计中选择了SIMATIC公司的S7-200的可编程序控制器。
S7-200 PLC是SMIATIC S7家族中的小型可编程控制器，适用于各行各业、各种应用场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制，到极复杂的自动化控制，应用领域极为广泛。S7-200的应用范围覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。S7-200在全世界拥有数以百万计的成功应用案例，无论是单独运行，还是联网应用。
S7-200将高性能与小体积集成一体，运行快速，并且提供了丰富的通信选项，具有极高的性能/价格比。S7-200的系统的硬件、软件都易于使用。S7-200系统坚持一贯的模块化设计，不但能够经济地满足目前的项目要求，也为将来扩展提供了开放的接口。S7-200易于编程，引入了编程工具箱（ToolBox）概念，设计了许多编程向导（Wizard）以方便用户完成一些比较复杂的程序设计工作。
S7-200 CN 继承了 S7-200 的优良品质和卓越性能，适用范围可覆盖从替代继电器的简单 控制到复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动监测，自动化控制有关的工 业及民用领域，包括各种纺织机械、中央空调、印刷机械、包装机械、工程机械、小型机床、 楼宇自控、民用设施、环境保护设备等等。
S7-200的出色性能表现在：
极高的可靠性
极丰富的指令集
易于掌握
便捷的操作
丰富的内置集成功能
实时特性
丰富的扩展模块
图5-1CPU外形结构
第六章 上位界面的设计
E-view触摸屏的设计需要做到界面友好，操作方便等特点。在设计触摸屏界面时，需要了解自己的plc程序，从而设定所需要的按键，太多则略显复杂，少了则无法实现设计要求。在设计E-view屏时，还要充分考虑到每一个按键的性质，因为在调试plc程序时想要模拟按键是非常麻烦的。多次的改正会使毕业设计的效率很低，速度也会变得很慢。每一次下载的过程都会占用很长的时间。所以正确判断按键的性质是是非常重要的。
其次还要考虑到界面的美观，一个美观的操作界面会使操作者的工作效率提高，工作情绪高涨。要尽量使用柔和的色调，那些不常用到的颜色不宜使用，如果太长时间紧盯着屏幕会使眼睛产生疲劳感，降低工作效率。
因此，E-view屏的设计要满足简洁，美观，实用等特点。
在总界面，点击“无动力示教”按钮，进入我的eview界面。
图6-1 本设计E-view界面界面中各按键作用如下：
演示开始：进入初始化程序，同时进入储存程序
记录数据：开始储存程序，按下此按钮后，可以手动对机械手进行操作。
记录结束：储存停止
准备示教：进入在现程序
示教开始：开始在现手动演示步骤
回原点 ：无论机械手在任何位置，迅速回到初始位置。（缩回、逆转、上升、松开）
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