【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目 ： 氣動機械手 PLC 的設(shè)計 學 生 姓 名： 學號： 學 部 （系）： 專 業(yè) 年 級： 機械設(shè)計與制造 指 導(dǎo) 教 師： 職稱或?qū)W位： 2021 年 10 月 29 日 1 目 錄 摘 要 .........................................................3 第一章 前言 機械手概述 ...............................................4 機械手的組成和分類 .......................................4 機械手的組成 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 機械手的分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 第二章 機械手的設(shè)計方案 機械手的坐標型式與自由度 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．． 8 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手的控制方案設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手的主要參數(shù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 夾持式手部結(jié)構(gòu) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．． 11 手指的形狀和分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 設(shè)計時考慮的幾個問題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 手部夾緊氣缸的設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 手腕的自由度 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 手腕的驅(qū)動力矩的計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22 第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計與校核 手臂伸縮部分 尺寸設(shè)計與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 尺寸設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 尺寸 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 5 .1 .3 導(dǎo)向裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25 5 .1 .4 平衡裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25 手臂升降部分 尺寸設(shè)計與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26 尺寸設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26． 尺寸 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26 手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計 與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 尺寸設(shè)計 ．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 尺寸 校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 2 第六章 機械手的 PLC控制設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 可編程序控制器的選擇及工作過程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 可編程序控制器的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 可編程序控制器的工作過程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 可編程序控制器的使用步驟 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 第七章 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 29 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30 專業(yè)相關(guān)的資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 31 3 摘 要 在設(shè)計機械手臂座的時候，用兩個電機提供動力。左邊一電機 通過諧波減速器減速后，通過齒輪來控制手臂的回轉(zhuǎn)，而手臂彎曲動作的動力，由右邊一電機提供。電機 2同樣也是通過諧波減速器減速后，通過一個長軸，把動力傳到底部的小齒輪上，再由小齒輪與大齒輪的嚙合，把動力傳到那豎直的錐齒輪上，又通過錐齒輪之間的嚙合，把動力與運動傳遞到橫軸上，這樣，再通過鍵連接，就能把動力傳到那帶輪上。這樣，帶輪就以一定的速度不停的轉(zhuǎn)，以給臂關(guān)節(jié)通過同步齒型帶傳遞動力。 在設(shè)計臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)時，我們用兩個同步齒形帶輪來傳遞動力，而帶輪又與軸和機械式離合器的左半邊相連，這樣，就使軸與左半邊相連的 離合器轉(zhuǎn)動。在右半邊為一電磁制動器，制動器的左半邊與離合器的右半邊相連，而且通過盤與上臂相連。這時，當電磁鐵通電時，制動器吸合，這時離合器也分開。這樣，上臂就停止在所要求的位置上了。當電磁鐵失電時，由于彈簧力的作用，把制動器推開，同時離合器在彈簧力的作用下自動嚙合，手臂恢復(fù)原有的運動。 注：機械手臂的運動范圍手其結(jié)構(gòu)的限制，在手臂的運動到達結(jié)構(gòu)位置之前，必須使其自動停止。機械手臂的運動機械位置是有關(guān)節(jié)處牙嵌離合齒上的突起部分而定。手臂在極限位置自動停止，反向運行的條件完全是靠離合齒上的凸起部分與滑塊的接觸 實現(xiàn)的。為了使離合齒輪能順利的脫開和嚙合，對離合齒上的凸起部分斜面的升角 β≥arctgμν 。只有滿足這個條件，離合齒上凸起部分的斜面與滑塊在滑動時才不會發(fā)生自鎖。這樣手臂才能自動停止和反向動作！ 方案二 此方案在臂關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計上與方案一有所不同。這里設(shè)計成中心軸不轉(zhuǎn)動。改在同步帶輪處裝兩個軸承。這樣，帶輪可自由轉(zhuǎn)動，而不會影響軸，且把離合器的左半邊加工在帶輪上，這樣，不僅可以縮小空間，而且可以提高強度。其余與方案一相同 。 關(guān)鍵詞 ：機械手臂；極限位置；嚙合； 4 第一章 前言 . 工業(yè)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(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)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(shè)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(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，是當代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)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(yīng)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(wù)性設(shè)各，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)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(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)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(yīng)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 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、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(guān)系如方框圖 21所示。 5 機械手組成方框圖 :11 (一 )執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu) 。 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在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接 觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(jié)構(gòu)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(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有 :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。 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 ) 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(yù)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(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)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。 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(zhuǎn)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 I因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 行走機構(gòu) : 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，可在機座上安滾輪式行走機構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。 機座 : 6 機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)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。 (二 )驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(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、機械傳動?？刂葡到y(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(gòu)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。 (二