摘 要

现代工业生产制造需要面对的是非常激烈的市场竞争，它促使当前的产品生产向更灵活的多品种、小批量的柔性化生产发展。工业机器人是柔性制造系统中一个十分重要的组成部分，它对于提高数控机床的柔性化生产有着非常重要的作用。末端执行器作为机器人与环境互相作用的最后一个环节和执行机构，它的性能的优劣对于整个柔性制造系统都有着一定程度的影响。此外，它还可以降低工人的劳动强度和零件生产的风险，提高生产效率，并能在恶劣的环境下执行各种高危险的任务。

本次设计综合考虑了末端执行器的结构大小及经济性，结合实际设计要求，设计出了满足实际要求的自动转换气动末端执行器。它主要的任务是：在数控机床加工生产中自动完成多种形状工件的上下料作业。首先，我对各种末端执行器的结构进行分析设计与计算，确保其结构的合理性与夹持误差在允许的范围内，并由此选择合适的气动执行机构。其次，根据要求与计算结果选择合适的适配器，并在此基础上设计出符合要求的法兰盘。再次，根据设计要求，明确控制步骤，并由此设计出气动原理图，对其进行计算分析，依次选择合适的气动元件。最后，选择PLC型号，编写梯形图、绘制语句表以及接线图。

关键词：末端执行器、适配器、气动控制系统

ABSTRACT

Modern manufacturing industry needs to face a very fierce competition in the market, which led the current production to a more flexible ,more variety, small amount and flexible production development. Industrial robots is a important part of the flexible manufacturing system ,it is very vital to improve the flexibility of CNC machine production . As the last part of interaction with the environment and the implementing agencies,the robot end effector have some degree of influence for the entire flexible manufacturing systems . In addition, it can reduce the risk of component production and labor intensity of working, and increase productivity, and can perform a variety of high-risk tasks in harsh environments.

This design took into account the size of the end effector and economical, and combined with the actual design requirements, designed to the satisfactory of automatic conversion pneumatic end actuators. Its main tasks are: automatic complete a variety of shapes of the workpiece loading and unloading operations in CNC machining production. First of all, I have a structural analysis and design and calculation for all kinds of the end effector, to ensure that within a reasonable error , and thus select the appropriate pneumatic actuator. Next, select the appropriate adapter upon request with the calculated results, and on this basis, designed the satisfactory flange. Again, according to design requirements, clear the step of controlling, and thus the pneumatic schematic design, calculation and analysis, select the appropriate pneumatic components. Finally, choose the PLC production, the preparation of the ladder, the statement table drawing and wiring diagram.

Keywords: end effector, adapters, pneumatic control system

目录

第1章 绪论 17

1.1 毕业设计的目的和意义 1

1.2 国内外现状 1

1.3 毕业设计的内容和要求 2

第2章 末端执行器的总体设计 4

2.1末端执行器设计的设计参数 4

2.2 末端执行器结构设计 4

2.2.1末端执行器机械结构的选择与设计 4

2.2.2末端执行器结构尺寸的设计与计算 4

2.2.3末端执行器受力分析与计算 6

2.3末端执行器气缸的计算与选型 9

2.4末端执行器手指的夹持误差及分析 11

2.4.1夹持平键的夹持误差： 11

2.4.2夹持六角形工件的夹持误差： 12

2.4.3夹持阶梯轴工件的夹持误差： 13

2.5吸盘的设计与计算： 14

2.6气动转台的设计与选型： 15

第3章 适配器及其支架的设计 17

3.1 适配器设计的基本要求 17

3.2 适配器的典型结构与工作原理 17

3.3 适配器的设计与选型： 19

3.4工具支架的设计： 20

第4章 选取放置末端执行器的气动系统设计 21

4.1气动系统设计要求 21

4.2选取放置末端执行器的信号动作分析 21

4.3气动系统设计方案 22

4.4气动系统设计计算 22

4.4.1气动控制系统的计算与选型 22

4.4.2真空吸附回路的计算与选型 24

第5章 PLC控制系统 2

5.1 PLC的构成及特点 2

5.2 PLC的选择 27

5.3程序设计 3

5.4语句表 3

第6章 经济性分析 6

结论 7

致谢 8

参考文献 9

第1章 绪论

1.1 设计的目的和意义

随着工业生产快步地迈向自动化、智能化，工业机器人在制造生产领域的需求也在不断的提高。在现代生产制造中，使用工业机器人的好处是显而易见，例如降低废品率和产品成本、减少工人劳动量、加快产品升级换代速度、减少机床磨损等，从而极大地提高了企业的市场竞争力。

现今，中国经济市场化的程度愈发加深，现代工业制造生产中需要面对的是竞争非常激烈的市场经济，大多数产品的商业寿命正在加速缩短，人们需求的品种也正在日益增多。原来传统制造业的生产制造模式已经很难适应当前的市场经济需要。市场经济正促使更多的产品生产从过去的大批量、单一品种生产制造逐步向小批量、多品种的柔性化生产发展。工业机器人作为柔性生产制造系统中的重要设备，对于提高数控机床的柔性化生产有着十分重要的作用。而机器人末端执行器安装于机器人手臂的末端，作为工业机器人与环境相互作用接触的最后一个环节和执行部件，它的性能好坏很大程度上决定了一个机器人的工作性能。

此外，当前国内绝大多数企业尤其以中小型企业为主，在进行零件加工时依然主要是靠工人来完成零件的上下料作业。工人的错误操作和工人用量所导致的残次零件从而导致的成本上升等风险一直对企业的生产效益有着非常大的影响，而工业机器人的应用可以极大的减少工人的错误操作，降低残次零件的出现概率，提高企业的经济效益。因此，对于末端执行器的研究不仅仅可以降低一线工人的操作次数，提高工厂的生产效益，实现柔性加工以及提高柔性加工技术水平，而且有着非常好的的发展前景空间。

1.2 国内外现状

机器人末端执行器是一种直接操控、作用于工作对象，安装在机器人末端的装置。它的外形结构与性能对于机器人整体的性能有着非常明显的影响。目前，末端执行器正由简单、笨拙向复杂、灵巧发展，其中仿人手末端执行器甚至已经发展到可以和人的手一样灵巧的程度。