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摘 要

在科技迅猛发展的今日 ，机械自动化技术正在改变世界，气动技术就是其中一颗璀璨的明珠。本文从阐述了机械手的发展历史和种类开始，着重说明了气动技术和气动机械手的发展过程，以及气动机械手的优点，发展前景还有未来的发展方向。然后逐步对气动机械手的机械结构、循环的组合动作以及工作本质之后进行详细探究后，画出气动机械手的结构设计图和气缸工作原理图以及其各自的参数。然后设计了在PLC环境下采用的西门子CPU226PLC软件设计，包括输入输出地址表，画出接线图，气动元件的选择以及PLC选型和顺序功能图的编写，并且附带展示PLC的程序梯形图。本文的气动机械手采用5位置气缸机械手为蓝本。

关键词：气动技术；气动机械手；PLC

Abstract：Now this is a fast-growing world of technology.Mechanization and automation impacts the world.Pneumatic technology is a pearl of Science and technology today.This article is about pneumatic manipulator based on PLC electrical control system to described the history of Robotics Pneumatics and benefits of pneumatic manipulator, development prospects of future development.After me detailed study of the structure, circulation and working principle of pneumatic manipulator,then machinery and hardware design and drawing of mechanical work was started.Next step had designed Siemens CPU226PLC-based input/output address table,last me perfected electric control system which based on PLC.Articles includes choice of pneumatic components and preparat PLC type selection and sequential function chart . Spin-off show program PLC ladder diagram.This pneumatic manipulator with 5 locations of cylinders modelled on the manipulator.

Keywords：Pneumatic technology,Pneumatic manipulator,PLC

目 录

1.绪论 4

1.2气动技术的发展 4

1.3气动技术与气动机械手的历史 4

1.4气动机械手的应用 5

1.5气动机械手的特点 5

1.5.1重复精度 5

1.5.2模块化 6

1.5.3无给油化 6

1.5.4机电气一体化 6

1.6机械手的规格参数 6

2.气动机械手工作过程分析 7

2.1抓取机构的设计 7

2.1.1抓取机构材料选择机器人常用材料 7

2.1.2抓取机构的设计要求 8

2.1.3抓取机构结构形式的确定 9

3.系统总体方案设计 12

3.1气动机械手的控制要求 12

3.2 气动机械手的气缸工作原理 15

3.3 PLC控制系统设计 16

3.3.1可编程控制器的CPU选择 16

3.3.2气动机械手的I/O地址分配表 17

3.3.3PLC外部接线图 18

3.3.4气动机械手控制流程图 19

3.3.5程序设计梯图 20

结 论 26

参考文献 27

致　　　谢 28

1.绪论

1.1机械手构成
机械手由三个部分组成，即执行机构、驱动机构和控制机构组成。执行机构的部分用来抓的设备，根据捕获设备的形状、大小、重量、材料和工作要求，以及各种结构形式，例如：夹紧型、托抓型等。驱动机构是工业机械手的动力源。工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。机械手的自由度在一般在2和6之间 。

1.2气动技术的发展

自1980年以来，气动技术的广泛应用在自动生产线和夹具领域。PLC 技术与气动技术合二为一，使气动技术控制方式仿佛像有了生命 ；气动机械手和柔性自动生产线的迅速发展对气动控制技术的要求越来越高 ；微电子技术起到了促进电气比例伺服技术发展的作用；而气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制得益于现代控制理论的发展，把气动控制技术从开关控制发展到封闭的环比例伺服控制，使得控制精度更加精密，现在与国内外在技术的研究都在大力探究气动技术。在1970 年的20世纪的统计资料，液压和气动部件的产值比是 9:1 的，到 21 世纪初，在欧美、日韩以及工业化发达的国家，比例已经达到 6:4，或甚至接近 1:1。中国气动控制技术研究晚，但速度更快。在1980年后，气动元件产值以 20%年增长率在增长。

1.3气动技术与气动机械手的历史

气动技术是以空气压缩机产生动力来源，以压缩后的空气为能量传递的介质，进行能量传递变换或产生信号传递的工程技术，成为当今世界多个领域实现对生产控制、自动控制的重要手段之一。

约在1776年，约翰·威尔金森发明能够生产大约 1 个大气压的空气压缩机。在1880年，气缸气动刹车技术第一次被成功运用于现实生活。在1930年前后，气动技术成功地应用在打开和关闭的自动门和各类机械的辅助行动上。50年代初，大多数修改或演变的液压气动元件体积较为巨大。气动技术在60年代开始在工业控制系统中得意发挥它的优势。在70年代，由于把气动技术电子技术相结合，互补性的优势的体现，使得自动化和控制已被广泛地运用。80年代是气动集成和小型化的专属时代。90年代气动技术有划时代的突破，机械手出现了飞跃性的发展，使制造业克服了阀门的气动机械手的局限性，真空技术日益完善，高精度模块的出现，产生了智能气动控制这一概念。气动伺服定位技术使的气缸实现任意点高速自动定位，智能阀门岛是解决整个自动线的分散和集中控制问题的理想选择。气动机械手作为一个意义上机器人，它具有结构简单、重量轻、快速、 稳定、可靠、 节能的优势和对环境的污染和广泛使用。现在气动机械手开始强调模块化技术，现代传动技术运用，又催促气动机械手控制开始使用先进的阀门终端技术和重复编程。

1.4气动机械手的应用

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