机械手的控制系统是通过电机来控制机械手每个部件的行动，同时会接受传感器的反馈，继而形成闭环控制回路，如图1.1。控制系统通常由单片机或DSP构成，也有使用PLC，通过编程的程序输入，来完成动作的设计。

图1.1 机械手组成方框图

机械手的位置检测装置能控制执行机构的运动位置，常由各种传感器或者磁石构成。它能及时感知机械手各部位的坐标情况，并且反馈给控制中心，接着由控制系统进行调整，使得执行机构完成任务，将工件准确送达指定位置。

自动上下料机械手系统组成简图如图1.2 所示。这套系统先通过相机获取工件的图片，经A/D 的信号转换，通过数据线传至图像采集卡，最后进行处理，存储在PC中。据计算机处理，得到工件的坐标值，从而指引机械手完成工件的自动上下料。

图1.2 自动上下料机械手组成简图

1.3 国内外在气动机械手领域的研究现状

1.4 课题背景与研究意义

如前文所述，气动机械手的研究已经是当下一个热门的领域。现如今，随着社会经济的发展，人力的成本越来越高，许多中小企业已无力承担高昂的费用，工业产业的升级迫不及待。工业机器人是用于模拟人类来完成任务的设备，与传统的人力相比，它只需要极少部分人去操作，并且动作精准完成度高，可以长时间重复操作。同样，气动上下料机械手也有其不可替代的优越性。

本课题便旨在设计一个能完成特定需求的专用气动机械手，来深入机械手在工业实际中的应用。对于通用型机械手来说，它并不能完成所有特定的任务与工作，因而专用机械手应运而生。现在市场上已经有许多专门生产气动机械手元件的公司，比如德国FESTO，亚德客公司等等。因此，只需要知道气动机械手的运行参数，便可以方便地选择气动元件。但是，对于专用机械手来说，还需要设计专门的连接件来装配购买的气动元件。论文网

所以，本课题亟待解决的问题如下：

①根据设计要求，设计气动机械手的运行动作。

②完成气动回路的设计

③完成气动元件的尺寸设计，校核与选型。

④完成气动机械手的连接件的设计以及图纸绘画。

⑤完成PLC的选型与程序设计。

2  总体技术方案和气动回路设计

2.1数控机床上下料机械手的设计要求

①工件尺寸：直径Ф40mm，高度80mm，工件重量：1kg

②上料要求：将毛坯库中的毛坯搬运至机床的卡盘处，且工件进入卡盘的深度为20mm。

③下料要求：将加工完毕的工件从机床的卡盘处搬运至成品库中。

④工件在毛坯库及成品库中的姿态为垂直放置，在机床上的夹紧姿态为水平放置。

详细的空间位置要求见下图2.1。

图2.1 数控机床上下料机械手的整体空间位置要求

2.2 气动结构设计

气动系统的设计主要是回路设计。电.气程序控制系统的主要特点是动作准确、响应快。根据课题报告要求，机械手需要在指定的地点取料，然后移动至卡盘，在工件加工完成后，从卡盘取料，在运送至放料的地方，最后机械手回到起始位置。

根据行程以及机械手的使用要求，机械手至少需要有三个自由度，完成水平，垂直以及手腕的回转运动，且需要有夹紧装置来上下料。

机械手的控制要求为：手动启动，机械手按工作程序自动执行完成工作循环。执行元件为四个气缸，分别为大臂无杆气缸，小臂直线气缸，手腕回转气缸和手部夹紧气缸，即实现机械手的水平运动，垂直运动，手腕回转运动和手部夹紧放松动作。