齐齐哈尔大学毕业设计（论文）
的主机，配以定制的安装基础和夹具形成完整的吊装方案。地面安装为立柱悬臂式，布置灵活而经济；顶棚安装为纵横轨道式，配合铝合金导轨和柔性悬挂组件，节省地面空间，且移动轻便顺畅。适用于重物的垂直吊装，与“僵硬”的电葫芦不同，工件被吊起后处于重力平衡的“漂浮”状态，故称“平衡吊”。系统在设计上，可实现升降控制与气动夹具的抓取动作控制形成一个有机的整体，操作者能双手把持工件进行定位，操作便利性大大提高。标配集成控制阀组、机械式过速安全、负载检测自锁等安全机构。
具有全行程的“漂浮”功能，提升位移比气动平衡吊要小，最大只有3000mm，而且最大负载只有450Kg。配有储气罐，可在断气情况下继续使用一个循环，同时会报警，提醒操作者。配合各种非标夹具，软索式助力机械手可以实现起吊各种形状的工件。安装形式可以固定地面或悬挂固定使用，不能使用导轨式。其动力规格为0.5-0.7Mpa无油压缩空气，负载规格为68-227kg。如下图1-2
图1-2 软索式机械手
（3）硬臂式助力机械手：在有扭矩产生的情况下无法使用气动平衡吊或是软索式助力机械手，而必须选用硬臂式助力机械手。可以实现提升最大500Kg的工件，半径最大可以达到3000mm，提升高度最大2500mm。如下图1-3
图1-3 硬臂式助力机械手
硬臂式机械手适合适应于抓取任何形状的物品，抓取重量范围10kg-300kg，其优点
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如下几点：可平衡工件的重量，使工件呈无重力化浮动状态，适用于工件的精确移栽；采用气动平衡原理，能够感知工件重量变化，在空载或抓取不同重量的工件时都能实现三维空间的悬浮状态，用于精切定位；刚性手臂和带动工件做升降运动，横向臂可带动水平运动，并能保持头部水平，方便操作使用；操作手柄与夹具集成一体，方便操作，工件定位准确，控制部分按照人体工程学原理布置，便于操作以及处理紧急情况；设计有多个回转关节，夹取工件范围广泛，并配备有刹车装置，可锁住各个回转关节，防止在闲置状态下移动。
（4）T型助力机械手：前后左右位移靠导轨来实现，更适合于操作空间狭小的场合。配有储气罐，可在断气情况下继续使用一个循环，在气压下降到一定程度，启动自锁功能，防止工件下降。并设有安全系统，在搬运过程中或是工件没有被放置在安全表面时，操作者不能释放工件。
T型助力机械手区别于硬臂式助力机械手的是T型助力机械手没有双关节机械臂，它的前后左右位移靠导轨来实现。因为T型助力机械手没有机械臂，因而它比硬臂式显得小巧，更适合于操纵空间狭小的场合。
T型助力机械手的最大负载要比硬臂式小，只有200Kg，但晋升高度可以根据客户要求设计，而且搬运范围要比硬臂式大的多。配有储气罐，可在断气情况下继承使用一个轮回，同时会报警，提醒操纵者，在气压下降到一定程度，启动自锁功能，防止工件下降。并设有安全系统，在搬运过程中或是工件没有被放置在安全表面时，操纵者不能开释工件。配合各种非标夹具，硬臂式助力机械手可以实现起吊各种外形的工件。安装形式为导轨移动。如下图1-4
图1-4 T型助力机械手 图1-5 三自由度机械手
（5）以下是三自由度机械手：结构简单，编程也不复杂。但是与多关节机械手相比较，性能与灵活程度都有所下降。三自由度机械手的可操作范围小，高度很有限制，其抓物件的力量也大不如多关节机械手，如图1-5。所以根据本毕设的功能和应用范围我选择多关节机械手。
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1.4 研究内容及章节安排
1.4.1 主要研究内容
1.深入分析生产线的工艺流程及智能机械手精确运行的控制要求；
2.完成部分关键装置机械结构设计，选用恰当的控制规律，实现对机械手运行位置的检测与反馈；
3.根据生产线有效生产的功能要求，确定研究所需的硬件设备：PLC、伺服机、驱动器、传感器等；
4.采用PLC对智能机械手控制的设计：完成绘制监控界面，建立数据库、I/O配置、同时有报警等功能。
5.智能码垛机械手的控制系统电气设计以及硬件电气连接。
本设计采用S7-200 PLC编程软件为核心的智能机械手控制系统。机械手的控制系统包含：PLC模块、传感器模块、驱动器以及显示等模块。采用光电传感器对物件进行检测定位，然后经A/D转换器送到计算机，PLC对传来的数据与预先设置的定位进行比较，然后控制驱动电路对伺服机进行调整。此外，还通过报警器对机械手进行实时监测，通过编程使机械手有定时系统，运用 PID 控制位置精度，使机械手能够更好更安全的工作。最后按照稳定抓取并搬运物体的设计要求进行机械手控制系统设计，包括硬件设计和软件的实现，理论上实现对物体的抓取并搬运。通过对机械手系统总体设计提供的设计方案和分析方法，为下一步的深入设计奠定了理论基础。
1.4.2 主要难点
1.机械手的智能控制和定位的精确性。采用光电传感器感应设备进行检测，利用反馈闭环系统实现对机械手的智能控制，并利用步进电机作为驱动设备，采用闭环点位控制满足定位需要。
2.多传感器系统的建立，为进一步提高机械手的智能触觉和适应性多种传感器的使用是其问题解决的关键，利用PLC控制系统和合理的编程，使传感系统实用化。
1.4.3 章节安排
本课题在查阅国内外大量资料的基础上，对工业机械手研究中的重点问题进行了较为深入的学习研究。本课题主要对智能机械手系统的电气控制智能算法、传感器部分和驱动器伺服电机部分的相关问题进行了研究，具体安排如下：
第1章，概要性地说明了本课题的研究背景和研究意义、国内外机械手的发展现状、发展历程及工业机械手的发展趋势，总结了国内机械手发展需要解决的问题，最后介绍了本课题的主要研究内容。
第2章，主要介绍了智能机械手的整体设计方案，以及其整体结构。还注重介绍了
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智能机械手的硬件选择与设计，包括驱动器的设计选型、电机的选型、传感器行程开关的设计选型，控制器的确定，各个关节驱动方式的选择以及各个关节位置控制系统的设计，还有电气系统的设计与实现。
第3章，主要为软件PLC控制编程的设计，以及智能算法的提出验证，反馈控制系统的建立和完善，对空间状态进行的研究。结合机械手的结构特点，建立运动学数学模型，进行正、逆向运动学分析求解，分别得出了操作臂末端在基坐标系下的位置关系式和各关节的参数变量，为下一步对目标物体稳定抓取的研究打下基础。
第4章，完成了智能码垛机械手的示意以及呈现了总体流程图。
最后，总结了本课题研究内容的成果，并针对设计的不足，对以后机械手完善设计工作提出了建议，为下一步的深入研究提供了理论依据。
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