【正文】 ......................17 氣流負壓式吸盤 ..........................................20 第 4 章手腕結構設計 .................................. 22 手腕的自由度 .............................................22 手腕的驅(qū)動力 矩的計算 ...................................22 .................................22 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 ...................................24 第 5 章手臂結構設計 ................................... 26 手臂伸縮與手腕回轉部分 .................................26 結構設計 .............................................26 手臂升降和回轉部分 ......................................27 ................................................27 手臂伸縮氣缸的設計 ......................................27 手臂伸縮、升降用液壓緩沖器 ............................31 手臂回轉用液壓緩沖器 ...................................31 第 6 章氣動系統(tǒng)設計 ................................... 33 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理 ...................................33 第 7 章機械手的 PLC 控制 ............................... 34 可編程序控制器的選擇及工作過 程 ........................34 可編程序控制器的選擇 ....................................34 可編程序控制器的工作過程 .................................34 可編程序控制器的使用步驟 ...............................35 機械手可編程序控制器控制方案 ..........................36 第 8 章 結論 ......................................... 40 參考文獻 ............................................ 42 致謝 ............................................... 41 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 第 1 章 緒論 機械手概述 工業(yè)機器人由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制 、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分 析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備 . 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 :可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn) 。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替 人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 . 機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機 床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展， 制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 機械手的組成和分類 機械手的組成 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖 21 所示。 圖 21 機械手的組成方框圖 1． 執(zhí)行機構 包括手部 、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。 (1)手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為 夾持式和 吸附式手部。 夾持式手部 由手指 (或手爪 )和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型?；剞D型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。 平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。 手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 V形面的和曲面的 :手指有外夾式和內(nèi)撐式 。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 而傳力機構則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多，常用的有 :滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盤等構成，它是靠吸附力 (如吸盤內(nèi)形成負壓或產(chǎn)生電磁力 )吸附物件，相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。 對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。 對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構 被抓取工件 位置檢測裝置 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 用負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式 (如澆鑄機械手的澆包部分 )、托式 (如冷齒輪機床上下料機械手的手部 )等型式 . (2)手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位 (即姿勢 )。 (3)手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。 手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置 . 工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等 )與驅(qū)動源 (如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 手臂可能實現(xiàn)的運動如下 : 直 線運動 :如伸縮 ,升降 ,橫移運動 基本運動 回轉運動 :水平回轉 手臂運動 直 線運動與回轉運動的組合 復合運動 兩直線運動的組合 兩回轉運動的組合 手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉動，都需要有導向裝 置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉力矩以及手臂回轉運動時在啟動、制動瞬間 產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件 受力狀態(tài)簡單。 導向裝置結構形式，常用的有 :單圓柱、雙圓柱、四圓柱和 V 形槽、燕尾槽等導向型式。 (4)立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱 。 (5)行走機構 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構可分為有軌 的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置 。 (6)機座 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機 座上，故起支撐和連接的作用。 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 控制系統(tǒng)有 電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制 系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構 以一定的精度達到設定位置 。 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內(nèi)尚 無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種 : (1)專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械 手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大 批量的自動化生產(chǎn) ，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加 口工中心” 附屬 的自動換刀機械手 。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 (2)通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。 在規(guī) 格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整 可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于 不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以 “開一關”式控制定位，只能是點位控制 : 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系