【正文】 工業(yè)機(jī)械手液壓及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目錄摘要 IAbstract II目錄 III前言 11 緒論 2 工業(yè)機(jī)械手的簡介及應(yīng)用 2 工業(yè)機(jī)械手簡介 2 工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用 3 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 32 機(jī)械手的總體方案設(shè)計 5 機(jī)械手基本形式的選擇 5 方案設(shè)計 6 機(jī)械手的運(yùn)動分析 73 機(jī)械手手部的設(shè)計計算 10 手部設(shè)計基本要求 10 典型的手部結(jié)構(gòu) 10 選擇手抓的類型及夾緊裝置 10 手抓的力學(xué)分析 10 夾緊力及驅(qū)動力的計算 12 機(jī)械手夾持精度的分析計算 14 手指夾緊液壓缸的尺寸參數(shù)的確定 154 腕部的設(shè)計計算 16 腕部設(shè)計的基本要求 16 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 16 典型的腕部結(jié)構(gòu) 16 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 16 腕部的設(shè)計計算 17 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 17 腕部的驅(qū)動力矩計算 17 腕部驅(qū)動力的計算 185 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 19 臂部設(shè)計的基本要求 19 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 19 手臂的典型運(yùn)動機(jī)構(gòu) 19 手臂運(yùn)動結(jié)構(gòu)的選擇 20 手臂驅(qū)動力的計算 20 手臂摩擦力的分析與計算 20 手臂慣性力的計算 22 密封裝置的摩擦阻力 22 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 22 液壓缸的尺寸參數(shù)的確定 246 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計 26 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢 26 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的分析與計算 26 雙作用單桿活塞式液壓缸 27 無桿活塞式液壓缸 30 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 31 油泵的選擇 32 確定油泵電動機(jī)功率N 33 液壓系統(tǒng)控制原理圖設(shè)計 337機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 37 37 37 37 38 38 39 39 手動控制系統(tǒng)圖 39 機(jī)械手自動方式狀態(tài)圖 40總結(jié) 42參考文獻(xiàn) 43致謝 44III 1 緒論 工業(yè)機(jī)械手的簡介及應(yīng)用 工業(yè)機(jī)械手簡介機(jī)械手有多個自由度，可以通過自動化控制程序來控制，也可以不同環(huán)境中進(jìn)行工作。例如：在高溫的環(huán)境下，你可以設(shè)計一個機(jī)械手來幫忙，在粉塵多的環(huán)境下，也可以用機(jī)械手來幫忙等等惡劣環(huán)境下，都可以用機(jī)械手來完成任務(wù)，所以機(jī)械手應(yīng)用十分廣泛。機(jī)械手在我國最近二十年的發(fā)展也很快。,取得了一些成就，受到國人對機(jī)械手在制造業(yè)應(yīng)用的重視。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計很簡單，實(shí)用性也強(qiáng)。 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的機(jī)械手可以用自動化程序來控制實(shí)現(xiàn)指定的運(yùn)動，并且可以重復(fù)不斷的工作。機(jī)械手最早研制的國家是美國。那時候他是在機(jī)身上安裝一個回轉(zhuǎn)臂，在機(jī)身端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)。美國這個機(jī)械鑄造公司和普魯曼公司簽訂協(xié)議，一起來研究并生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手，達(dá)到工業(yè)機(jī)械手使用要求。他們研究機(jī)械手主要是提高機(jī)械手的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時降低制造成本。工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快的國家是日本。從美國那里引進(jìn)了二種典型的機(jī)械手，發(fā)現(xiàn)機(jī)械手的應(yīng)用前景，投入了大量資金和人力，當(dāng)時風(fēng)靡日本整個國家，相應(yīng)研究機(jī)械手的研究基地及學(xué)校大力興起。很多機(jī)械手及機(jī)器人相繼出現(xiàn)，應(yīng)用于各種場合，其中工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛。日本就開始大力研究機(jī)械手。于1979年，日本生產(chǎn)的機(jī)械手之類的產(chǎn)品在全球比例占最多。汽車工業(yè)是使用機(jī)械手最多行業(yè)。預(yù)計到1990年將有60萬機(jī)器人在工業(yè)工作。按照機(jī)械手的經(jīng)歷來分，第一代機(jī)械手精度低，成本高，而且需要人工來操作。第二代機(jī)械手它具有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，可以具有相當(dāng)于人眼睛，耳朵，手，思維等能力。安裝各種各樣的傳感器，把感覺到的信息進(jìn)行系統(tǒng)反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)研制出具有觸覺和視覺機(jī)械手，應(yīng)用于多種行業(yè)中。第三代機(jī)械手也稱為機(jī)器人，它完全可以相當(dāng)于人，可以獨(dú)立完成一些簡單的工作任務(wù)。與自動化控制系統(tǒng)相結(jié)合。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中。 工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用機(jī)械手在工業(yè)自動控制中作業(yè)，可以完成搬運(yùn)貨物，從一個地方搬到另一個地方，也可以進(jìn)行各零件的裝配工作，還可以進(jìn)行線切割和電焊及激光焊接等應(yīng)用中。跟著工業(yè)中的自動化程度提高，機(jī)械手也越來越多，工人的工作都可以用機(jī)械手來完成。工人每天8小時完成100套的組裝工作，用機(jī)械手來完成只需要4個小時，大大的提高了生產(chǎn)效率，在搬運(yùn)重物的時候，人手是很難搬運(yùn)上百斤以上的東西，而機(jī)械手輕松的就可以搬動上千斤的重物。還有些機(jī)械手可以從模具中快速取出物件；抓取生產(chǎn)資料、輸送生產(chǎn)資料。這篇文章就是把能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為對象來進(jìn)行研究。接下來具體說明在工業(yè)方面機(jī)械手實(shí)際應(yīng)用的能力。 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(1) 工業(yè)機(jī)械手性價比提高，也在向便于操作和批量維修中發(fā)展。(2) 機(jī)械手的各組成結(jié)構(gòu)更加的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。當(dāng)今就有些標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械手陸續(xù)上市。(3) 機(jī)械手的網(wǎng)絡(luò)化，提高器件集成度，并且將在這種控制柜中運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，減小電器控制柜的空間大小。(4) 機(jī)械手中的傳感器減小，減小整體的空間體積，新增加視覺傳感器和壓力傳感器等。(5) 有一項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的應(yīng)用更加發(fā)達(dá)，與真實(shí)情況十分相符，可以讓遙控機(jī)器人操作者有著身臨其境的感覺。(6) 追求全自動化系統(tǒng)并非是當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的特點(diǎn)，而是讓智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室階段。例如“索杰納”機(jī)器人。(7) 機(jī)械手的操作機(jī)的控制系統(tǒng)硬件己基本掌握，部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件被我國生產(chǎn)出來，汽車行業(yè)中的焊裝線上弧焊機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用。但是我國和國外的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及機(jī)械手制造水平還有很大的距離，我國機(jī)械手產(chǎn)品的可靠性低、范圍窄，技術(shù)比國外落后。目前我國的機(jī)械手生產(chǎn)幾乎都是按照“不同的功能不同的設(shè)計要求”來完成的，并沒有形成一個完整的機(jī)械手產(chǎn)業(yè)，這使得我國機(jī)械手零部件稀缺。因此我國工業(yè)機(jī)械手行業(yè)暫時還不成熟，我們需要對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，但是機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面與國外先進(jìn)水平差距明顯，還需要我國在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)攻關(guān)，希望在“十五”后期能夠立位于世界先進(jìn)行列。2 機(jī)械手的總體方案設(shè)計 機(jī)械手基本形式的選擇工業(yè)機(jī)械手根據(jù)坐標(biāo)方式可以分為以下幾種:(1)直角坐標(biāo)型:就是建立直角坐標(biāo)系(2)圓柱坐標(biāo)型：就是建立圓柱坐標(biāo)系。 (3) 球坐標(biāo)型：就是建立圓柱坐標(biāo)系。按照機(jī)械手的運(yùn)動形態(tài)可以為多關(guān)節(jié)型：就是采用兩個及兩個以上的手腕實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動。本論文采用圓柱坐標(biāo)型，因?yàn)閳A柱坐標(biāo)型機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械手的定位精度高。 是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。 機(jī)械手基本形式示意 方案設(shè)計 （1） 設(shè)計方案（2），機(jī)械手大臂先下降，下降到一定得位置，再夾緊工件，然后根據(jù)限位開關(guān)從PLC控制系統(tǒng)中獲取信息，再進(jìn)行上升運(yùn)動，上升過程中大臂回轉(zhuǎn)，到達(dá)上限位時再進(jìn)行延伸過程，到達(dá)指定位置，放松工件，手臂收回。按動作順序可以分為：大臂下降—夾緊工件—手腕上翻—大臂上升—大臂回轉(zhuǎn)—手臂延伸—放松工件—手臂收回—手腕下翻—大臂回轉(zhuǎn)—大臂下降。 機(jī)械手運(yùn)動圖（3） 機(jī)械手功能原理圖 機(jī)械手的運(yùn)動分析機(jī)械手的動作循環(huán)：大臂下降700mm—夾緊工件—手腕回轉(zhuǎn)90176?！蟊凵仙?00mm—大臂回轉(zhuǎn)90176。—手臂延伸900mm—放松工件—手臂收縮900mm—手腕反轉(zhuǎn)90176。—大臂回轉(zhuǎn)90176。—大臂下降700mm。運(yùn)動方式最大速度平均速度結(jié)合生產(chǎn)所取速度手臂升降V=100