【正文】 目 錄1 緒論………………………………………………………………………………5 前言………………………………………………………………………………5 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用……………………………………………………7 機械手的組成……………………………………………………………………8…………………………………………………………………8……………………………………………………………9………………………………………………………92 總體布局設計方案…………………………………………………………………9 機械手的確定………………………………………………………………9……………………………………………………10 機械手的技術參數(shù)列表…………………………………………………113 機械手手部的設計計算…………………………………………………………11 手部設計時應注意的問題…………………………………………………11 典型的手部結構……………………………………………………………11 機械手手部結構及驅動的設計計算………………………………………12………………………………………12………………12 機械手手指部的設計計算………………………………………………14…………………………………14……………………………………………18………………………………184 機械手腕部的設計計算…………………………………………………………18 機械手腕部結構及運動分析……………………………………………18 機械手腕部驅動裝置的設計計算及選用………………………………185 機械手臂部的設計及有關計算…………………………………………………20 臂部設計時應注意的問題………………………………………………20 手臂的典型結構以及結構的選擇………………………………………20 手臂Z方向升降運動的受力分析及其計算……………………………21……………236 機身的設計…………………………………………………………………24 機身的概述……………………………………………………………24 機身設計時應注意的問題……………………………………………247 液壓元件及動力機的設計選擇………………………………………………25 液壓泵的選擇……………………………………………………………25……………………………………………………………25 油管的設計………………………………………………………………26 油箱的設計………………………………………………………………26 液壓元件的選擇…………………………………………………………26 液壓油的選用…………………………………………………………288 液壓系統(tǒng)的驗算………………………………………………………………29 壓力損失的驗算…………………………………………………………29……………………………………………29……………………………………………29 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升………………………………………………309 可編程控制器PLC………………………………………………………………31 PLC簡介……………………………………………………………………31 PLC內(nèi)部原理………………………………………………………………33 PLC工作元原理………………………………………………………35 PLC 機型的選擇…………………………………………………………… 3810 PLC工作控制過程簡述………………………………………………………39結束語…………………………………………………………………………40參考文獻 ……………………………………………………………………………41致謝 …………………………………………………………………………………42附錄 …………………………………………………………………………………42PLC控制的通用翻轉機械手的設計學 生：陳 斌指導老師：周光永（湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128）摘要：機械手是機器人的操作機，是機器人完成各種任務的執(zhí)行機構。本文主要針對生產(chǎn)線上的自動化設計了一個三個自由度的通用翻轉機械手。為實現(xiàn)機械手的動作要求，該設計采用兩個活塞式液壓缸和一個擺動液壓缸，活塞式液壓缸一個用來驅動齒條式機械手的張合來抓住物體，一個用來實現(xiàn)物體的移動；擺動式液壓缸用來實現(xiàn)機械手的翻轉，并采用PLC控制液壓電磁閥工作實現(xiàn)機械手的自動動作。 關鍵詞：PLC控制；液壓驅動；翻轉；機械手 The Design Of Turning Manipulator Based On PLC Control Student:Chen Bin Tutor:Zhou Guangyong(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: Robot manipulator is the operator who directs the robot in pleting various tasks. This article focuses on the automation of the production line designed generic flip of a threedesignoffreedom robot. Actions requirements for achieveing the manipulator. The design uses two piston hydraulic cylinders and a rotary actuator. Piston hydraulic cylinder is used to drive a rack robot sheets together to grasp objects, one for the movement of objiect. The swining hydraulic cylinder used to acheve the robotic flip. And hydraulic solenoid valve is controlled by PLC automatic action of the robot.Key words:PLC control ；hydraulic drive。 flip。 Manipulator1 緒論 前言在當今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人的技術水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。20世紀50年代以后﹐機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門﹐用于在高溫﹑污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料﹐也作為機床的輔助裝置在自動機床﹑自動生產(chǎn)線和加工中心中應用﹐完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等作。機械手主要由手部機構和運動機構組成。手部機構隨使用場合和作對象而不同﹐常見的有夾持﹑托持和吸附等類型。運動機構一般由液壓﹑氣動﹑電氣裝置驅動。機械手可獨立地實現(xiàn)伸縮﹑旋轉和升降等運動﹐一般有2～3個自由度。機械手廣泛用于機械制造﹑冶金﹑輕工和原子能等部門。能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運對象或作工具的自動作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。針對這一問題，本文將設計一臺四自由度的工業(yè)機器人，用于移置軸類零件。首先，本文將設計機器人的伸縮臂、機身、橫移液壓缸和機械手的結構，然后選擇合適的傳動方式、驅動方式，搭建機器人的結構平臺；在此基礎上，本文還將設計該機器人的液壓控制系統(tǒng)。機器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多種學科的最新研究成果，是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一，也是我國高科技跟蹤國際發(fā)展的重要方面。工業(yè)機器人的研究、制造和應用水平，是一個國家科技發(fā)展和經(jīng)濟實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。目前，機器人的定義，世界各位尚未統(tǒng)一，分類也不近相同。最近聯(lián)合國組織標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給工業(yè)機器人下的定義：工業(yè)機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序來完成各種工作，主要應用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，綜合我國的習慣用語，對工業(yè)機器人做如下定義：工業(yè)機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主題，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高。它可以根據(jù)外補來的信號自動進行操作。工業(yè)機器人的發(fā)展，由簡單到復雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展階段可分為三代：第一代機器人就是現(xiàn)在工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，它主要由手部、臂部、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應用在線編程，即通過示教存儲信息，工作是讀取這些信息，向執(zhí)行機構發(fā)出指令，執(zhí)行機構按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、嗅覺、視覺等進行反饋能力。其控制方式較第一代要復雜的多，這種機器人從1980年開始進入實驗階段，不久將普及應用。第三代機器人即智能機器人。這種機器人除了嗅覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認識自身或周圍的環(huán)境，識別狀態(tài)的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進行操作，完成規(guī)定的任務，并且能跟蹤工作對象的變化具有使用工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于試驗階段，尚未大量投入實用?；谝簤嚎刂频囊浦脵C械手的設計有以下幾個主要內(nèi)容： 1)設計計算各非標準零部件及選用標準件 2)測繪各零部件圖 3)設計并繪制PLC和液壓系統(tǒng)控制圖 4)編寫機械手的設計計算說明書 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用 機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬運、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現(xiàn)這類工作的搬運機械手為研究對象。下面具體說明機械手在工業(yè)方面的應用。 機械手的組成要機械手像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關節(jié)等部分組成的抓取和移動機構——執(zhí)行機構；像肌肉那樣使手臂運動的驅動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機械手的性能。一般而言，機械手通常就是由執(zhí)行機構、驅動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如下圖1：圖1 機械手的組成Figure 1: The picture of Manipulator39。s position 執(zhí)行機構（1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機構形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。（2）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結構，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。目前，應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓（氣）缸，它的結構緊湊，靈巧但回轉角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。