【正文】 信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。目前我國已開始有計劃地從國外引進工業(yè)機器人技術，通過引進、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機器人將會獲得快速的發(fā)展。 在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機器人應用較多，發(fā)展較快。 日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快、應用最 多的國家。目前，國際上的機器人學者，從應用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務與仿人型機器人，這和中國的分類是一致的 。 中國的機器人專家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，即工業(yè)機器人和特種機器人。 現(xiàn)在，國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根 據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人，而把工業(yè)機器 人稱為通用機器人。 “工業(yè)機器人”（ Industrial Robot）多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置，國內稱作工業(yè)機器人或通用機器人。遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 1 引言 在當今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產效率，保障產品質量，普遍重視生產過程的自動化程度，工業(yè)機器人作為自動化生產線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。 機器人是一種具有人體 上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。 要機器人像人一樣拿取東西，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)。它的任務是協(xié)助或取代人類 的工作，例如生產業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。一般來說，人們都可以接受這種說法，即 機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的 一種機器。所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領域的多 關節(jié)機械手或多自由度機器人。 機器人的研究歷史及現(xiàn)狀 機器人首先是從美國開始研制的。自 1969 年從美國引進兩種典型機器人后，大力開展機器人的研究。目前主要應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。 機器人的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代化生產技術的提高，機器人的設計生產能力進一步得到加強，尤其當機器人的生產與柔性化制造系統(tǒng)相結合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產效率。并采用專家系統(tǒng)進行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來越多的系統(tǒng)采用微機進行控制。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產是不連續(xù)的。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性， 運輸機器人 就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產生的。 圖 21 法蘭盤 flange constructed 本設計主要有機身、手臂、機械手。在本章中進行了坐標形式、自由度、驅動機構的確定 。法蘭上有孔 眼，螺栓使兩法蘭緊連。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。據(jù)資料介紹，美國生 產的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產；金屬加工生產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時間的 5%。 下面具體說明機械手在工業(yè)方面的應用。 2）在實現(xiàn)單機自動化方面 各類半自動車床，有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產，一人看管多臺機床。目前機械手在沖床上應用有兩個方面：一是 160t 以上的沖床用機械手的較多。 機械手的組成 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。手腕有獨立的自由度。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。 手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身 運動較為多，受力復雜。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。本設計由 3大部件（手爪、手臂、機身）和兩個液壓缸、一個雙向電動機驅動。 2)有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。 3) 力求結構簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結構，重量和體積直接影響整個機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 9 圖 22 機械手開閉示例簡圖 Fig. 21 flange constructed 選擇手爪的類型及夾緊裝置 手抓張合角 ?? = 060 ，夾取重量為 5Kg。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結構簡單 , 適于夾持平板方料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手指張開。11FF?? 01M? ??F =0 得 39。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。 表 21 液壓缸的工作壓力 Table .21 hydraulic cylinder pressure of work 作用在活塞上外力F/N 液壓缸工作壓力 /Mpa 作用在活塞上外力F/N 液壓缸工作壓力 /Mpa 小于 5000 2021030000 500010000 3000050000 1000020210 50000 以上 計算 [3]：設 a=40mm,b=20mm, 010 ? 040 。選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。 MAXF KCd ??= 1 .2 5 3 2 5 61 .6 2 .7 9 m m[]??? ? 為方便計算和制造 取 d=4mm 6)根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 根據(jù)設計計算液壓缸液壓桿的行程為 12mm即 ? =12m 對于壓縮彈簧 Z=38GdFC? (26) G彈簧材料的剪切彈性模量，查表得 G=80000 610? Z彈簧的工作圈數(shù) Z=38GdFC?= 638 0 0 0 0 1 0 0 .0 1 2 0 .0 0 48 3 2 5 6? ? ??? = 彈簧的工作圈數(shù) z 應大于 圈，否則應重選彈簧指數(shù) C，并計算 d 和 z。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比 0 72b= 324HD ??，本設計彈簧是 2 端自由，但中間有活塞桿作為導桿，可作為兩端固定考慮。 對于循環(huán)次數(shù)多、在變應力下工作的彈簧，還應該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應力強度驗算）。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能。 腕部的結構 根據(jù)本設計的方案，機械手無需轉動，因此無需轉動液壓缸，腕部只包含驅動手爪的直線型液壓缸，因此腕部的結構較簡單。 手腕螺栓組的設計及校核 手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進行螺栓組的校核 [6]。對螺栓組進行受力分析，機械手手抓、工件、手 腕的等效重力可以等效為作用在螺栓組中心的一個豎直向下的力和一個逆 時針方向的等效力矩。螺栓危險刨面的強度條件為 [ ]ca? ? ??? 即 21 []4PQd ?? ? （ 212） 或 1 4 []PQd ???? （ 213） 1 4 1 .3 8 3 3 2 .9 33 .1 4 1 6 0d m m????? 取 d=5mm為公稱直徑的普通螺栓。注意簡化結構。在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。 驅動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。 臂部的設計方案 根據(jù)本運輸機器人的設計方案，機械手臂只需要上下移動，并不需要伸縮。機械手臂通過螺栓組與機身連接，手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進行螺栓組的校核。 重力作用在每個螺栓上的力的力 1F =2F = 1202 =60N 翻轉力矩 ： M=GL=120? =48NM? 由力矩產生的力 ： 2F =2ML = 482 ?? =800NM ? maxF = 1F + 2F =60+800=860N 螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取 ? = 預緊力 ： Q= maxF /? =860N/ =1229N 螺釘材料選擇 Q235，取 級， 240s mpa? ? 取安全系數(shù) n= 240[ ] 1 6 01 .5s m pan?? ? ? ? 緊螺栓 連接在裝配時必須將螺母擰緊，所以螺栓螺紋部分不僅受預緊力 PQ 所產生的拉應力的作用，同時還收螺紋副間的摩擦力矩所產生的扭轉應力的作用。 機身的設計計算 機身是直接支撐和驅動手臂的部件。 機身的整體設計 機身承載著手臂， 升降運動，是機械手的重要組成部分。 回轉缸置于升降之上的結構。手臂的回轉運動是通過齒條齒輪機構來實現(xiàn)：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，從而使手臂左右擺動?；ㄦI軸與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下端蓋與小車的外殼 固定。 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 22 圖 210 機身的結構 Fig. 210 the structure of the fuselage 手臂偏重力矩的計算 圖 62 手臂各部件中心位置圖 Fig. 62 arm parts center locations 1）零件重量 G工 件、 G爪、 G腕、 G臂等。 手臂做升降運動的液壓缸驅動力的計算 F F F F G? ? ? ?慣 摩 密 式中 F摩 — —摩擦阻力 12F Ff?摩 取 f= G—— 零件及工件所受的總重。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： GvF gt?? ?總慣 8 0 9 .8 0 .0 6 7 2689 .8 0 .0 2 ms Ns????? 2） F摩的計算 12 RF F f?摩 128 0 9 . 8 0 . 4 9 2 25070 . 1 5 7RR G K g N K g mF F Nhm? ??? ? ? ?總 12 RF F f??摩2? 2507 ? = 3）液壓缸在這里選擇 O 型密封， 所以密封摩擦力可以通過近似估算 ?密 最后通過以上計算 當液壓缸向上驅動時， F=3575N 當液壓缸向下驅動時， F=3575(8002)=1975N 液壓缸工作壓力和結構的確定 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力 F=3575N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P=1MPa 1） 確定液壓缸的結構尺寸 液壓缸內徑的計算，如圖 211 所示 。對于桿長 L大于直徑d的 15 倍以上，按拉、壓強度計算： ? ?24Fd????? （ 218） 設計中活塞桿取材料為碳剛，故 ??? 100 120Mpa? ，活塞直徑 d=50mm ,現(xiàn)在進行校核。采用 B 級絕緣，外殼防護等級為 IP44，冷卻方式為 I（ 014） 即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。 電機轉 速 n=1400r/min ,初選傳動比 i=20，選擇齒輪的模數(shù)為 2， 齒輪 1 取齒數(shù) Z1=20，則 d1=mz=220=40mm 齒輪 2 齒數(shù) Z2=i1Z1=420=80， d2=mz=280=160mm 齒輪 3 齒數(shù) Z3=20，則 d3=mz=220=40mm 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 27 齒輪 4 齒數(shù) Z4=i2Z3=520=100， d4=mz=2100=200mm 輸出轉速 n1=n/20=1400/20=70r/min=設計輪子直徑為 100mm，速度 v=n1100=367mm/s 圖 212 傳 動機構 Fig. 2 12 transmission mechanism 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 28 3 運輸機器人的控制系統(tǒng)的設計 可編程控制器的簡介 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC） [9]，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程。 2） 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是可編程邏輯控