目 录
1 绪论 1
1.1 物料搬运装置的概述 1
1.2 物料搬运装置的发展史 1
1.3 气动技术及气动物料搬运装置的发展过程 2
1.4 物料搬运装置未来的发展趋势 3
1.5 本课题研究内容 6
1.6 课题研究的意义 6
2 物料搬运装置的总体设计方案 7
2.1 物料搬运装置的工作原理及系统组成 7
2.2 物料搬运装置基本形式的选择 8
2.3 驱动机构的选择 9
2.4 物料搬运装置详细设计参数 9
2.5 本章小结 9
3 物料搬运装置手部结构设计及计算 10
3.1 手部结构 10
3.2 物料搬运装置手爪设计计算 10
3.3 夹紧气缸的设计 12
3.4 手爪夹持范围计算 14
3.5 物料搬运装置手爪夹持精度的分析计算 15
3.6 弹簧的设计计算 16
3.7 本章小结 18
4 腕部的设计计算 19
4.1 腕部设计的基本要求 19
4.2 腕部的结构以及选择 19
4.3 腕部的驱动力矩计算 20
4.4 腕部工作压力的计算 21
4.5 气压缸盖螺钉的计算 22
4.6 动片和输出轴间的连接螺钉 23
4.7 本章小结 24
5 物料搬运装置手臂机构的设计 25
5.1 手臂的设计要求 25
5.2 伸缩气压缸的设计 25
5.3 导向装置 29
5.4 本章小结 29
6 物料搬运装置腰部和基座结构设计及计算 30
6.1 结构设计 30
6.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计 30
6.3 导向装置 33
6.4 平衡装置 33
6.5 机身回转机构的计算 33
6.6 本章小结 34
7 物料搬运装置的PLC控制系统设计 35
7.1 气压传动系统工作原理图 35
7.2 可编程序控制器的选择及工作过程 36
7.3 可编程序控制器的使用步骤 36
7.4 物料搬运装置可编程序控制器控制方案 37
7.5 本章小结 47
8 结论 48
参考文献 49
致 谢 50
2 物料搬运装置的总体设计方案
2.1 物料搬运装置的工作原理及系统组成
物料搬运装置的工作原理：物料搬运装置主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作[7]。
（1）执行机构
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
a.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。传力机构通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构的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。
b.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。工业物料搬运装置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。
c.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。物料搬运装置的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
d.机座
机座是物料搬运装置的基础部分，物料搬运装置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。
（2）驱动系统
驱动系统是驱动工业物料搬运装置执行机构运动的。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。
（3）控制系统
控制系统是支配着工业物料搬运装置按规定的要求运动的系统。目前工业物料搬运装置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。该物料搬运装置采用的是PLC程序控制系统，它支配着物料搬运装置按规定的程序运动，并记忆人们给予物料搬运装置的指令信息(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，必要时可对物料搬运装置的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
（4）位置检测装置
控制物料搬运装置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[8]。
2.2 物料搬运装置基本形式的选择
常见的工业物料搬运装置根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: a直角坐标型物料搬运装置；b圆柱坐标型物料搬运装置； c球坐标(极坐标)型物料搬运装置；d多关节型机物料搬运装置。其中圆柱坐标型物料搬运装置结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，容易实现[7]。因此，本设计采用圆柱坐标型。图2-1是物料搬运装置外观轮廓图。

图2-1物料搬运装置外观轮廓图