【正文】 的 5%。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬 運(yùn) 、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。 第三代機(jī)器人即智能機(jī)器人。它的控制方 式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存儲(chǔ)信息，工作是讀取這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國(guó)家的廣泛重視。 針對(duì)這一問(wèn)題，本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)四自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于移置軸類(lèi)零件。機(jī)械手可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)伸縮﹑旋轉(zhuǎn)和升降等運(yùn)動(dòng)﹐一般有 2～ 3個(gè)自由度。 20世紀(jì) 50年代以后﹐機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)﹐用于在高溫﹑污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料﹐也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床﹑自動(dòng)生產(chǎn)線和加工 4 中心中應(yīng)用﹐完成上下料或從刀庫(kù)中取放刀具并按固定程序更換刀具等作。 關(guān)鍵詞 ： PLC 控制； 液壓驅(qū)動(dòng)；翻轉(zhuǎn)；機(jī)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。 1 目 錄 1 緒論 ?????????????????????????????? 5 前言 ?????????????????????????????? 5 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 ???????????????????? 7 機(jī)械手的組成 ?????????????????????????? 8 執(zhí)行機(jī)構(gòu) ????????????????????????? 8 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ???? ???? ???? ???? ???? ??? 9 制 系統(tǒng) 分類(lèi) ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ? ? ?? 9 2 總體布局設(shè)計(jì)方案 ????????????????????????? 9 機(jī)械手的確定 ???????????????????????? 9 驅(qū) 動(dòng)機(jī) 構(gòu) 的選 擇 ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? 10 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 ??????????????????? 11 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????? 11 手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 ??????????????????? 11 典型的手部結(jié)構(gòu) ??????????????????????? 11 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ??????????????? 12 選擇手部的類(lèi)型及夾緊裝置 ??????????????? 12 手指夾緊力及液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算液壓缸的選用 ?????? 12 機(jī)械手手指部的設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????? 14 齒 輪 齒條 傳動(dòng) 機(jī)構(gòu) 的 設(shè)計(jì) 計(jì)算 ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? 14 手 指 指部 的設(shè) 計(jì)計(jì) 算 ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? 18 手 指 指部 齒輪 安裝 銷(xiāo) 的設(shè) 計(jì)計(jì) 算 ? ? ?? ?? ?? ? ?? ? 18 4 機(jī)械手腕部的設(shè) 計(jì)計(jì)算 ?????????????????????? 18 機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)分析 ????????????????? 18 機(jī)械手腕部驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用 ???????????? 18 5 機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 ??????????????????? 20 臂部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 ?????????????????? 20 手臂的典型結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 ??????????????? 20 2 手臂 Z 方向升降運(yùn)動(dòng)的受力分析及其計(jì)算 ??????????? 21 手臂 Z 方向升降運(yùn) 動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用 ????? 23 6 機(jī)身的設(shè)計(jì) ????????????????????????? 24 機(jī)身的概述 ??????????????????????? 24 機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 ????????????????? 24 7 液壓元件及動(dòng)力機(jī)的設(shè)計(jì)選擇 ?????????????????? 25 液壓泵的選擇 ??????????????????????? 25 動(dòng)力機(jī)選擇 ??????????????????????? 25 油管的設(shè)計(jì) ???????????? ???????????? 26 油箱的設(shè)計(jì) ???????????????????????? 26 液壓元件的選擇 ?????????????????????? 26 液壓油的選用 ?????????????????????? 28 8 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 ???????????????????????? 29 壓力損失的驗(yàn)算 ?????????????????????? 29 回 路 壓力 損失 的驗(yàn) 算 ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? 29 . 2 局 部 壓 力 損 失 驗(yàn) 算 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 29 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升 ?????????????????? 30 9 可編程控制器 PLC???????????????????????? 31 PLC 簡(jiǎn)介 ?????????????????????????? 31 PLC 內(nèi)部原理 ???????????????????????? 33 PLC 工作元原理 ????????????????????? 35 PLC 機(jī)型的選擇 ??????????????????????? 38 10 PLC 工作控制過(guò)程簡(jiǎn)述 ???????? ????????????? 39 結(jié)束語(yǔ) ???????????????????????????? 40 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????? 41 致謝 ??????????????????????????????? 42 附錄 ??????????????????????????????? 42 3 PLC 控制的通用翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 學(xué) 生：陳 斌 指導(dǎo)老師：周光永 （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128） 摘要 ： 機(jī)械手是機(jī)器人的操作機(jī)，是機(jī)器人完成各種任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 flip。機(jī)械手主要由手部機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手廣泛用于機(jī)械制造﹑冶金﹑輕工和原子能等部門(mén)。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的伸縮臂、機(jī)身、橫移液壓缸和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文還將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的液壓控制系統(tǒng)。 目前，機(jī)器人的定義，世界各位尚未統(tǒng)一，分類(lèi)也不近相同。 工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主題，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高。 第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人。這種機(jī)器人除了嗅覺(jué)、視覺(jué)等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身或周?chē)沫h(huán)境，識(shí)別狀態(tài)的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)，并且能跟蹤工作對(duì)象的變化具有使用工作環(huán)境的功能。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 機(jī)械手的組成 要機(jī)械手像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類(lèi)似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu) —— 執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。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(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。 （ 3）臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)所需，特選定為直角座標(biāo)式。 （ 1)手部 采用一個(gè)直線液壓缸，預(yù)計(jì)通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的張合。 圖 3機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)示意圖 Figure 3:The picture of the Manipulator39。因此，此機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊 、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。手指式又可分為： 1）平移式手指 當(dāng)手指夾持的工件直徑變化時(shí)并不影響工件中心位置的改變，即定位誤差為零。但回轉(zhuǎn)式手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。取 2/ sma? 10 3K —— 方位系數(shù) ，經(jīng)查機(jī)械手冊(cè)選取 43?K G—— 被抓取工件的重量，這里為 50kg 代入數(shù)據(jù)可解得 NGKKKN ?????????? (1) （ 2） 液壓缸驅(qū)動(dòng)力的 計(jì)算 手指張合采用齒輪齒條傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4所示 . 圖 4 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu) Figure 4: The structure of the Manipulator`s hand 取 R=140mm,b=200mm,由手部的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知其驅(qū)動(dòng) 力計(jì)算公式為 NNbF 2020R2 ?????計(jì)算 (2) 取機(jī)械效率 ?? NFF ??? ?計(jì)算實(shí)際 (3) （ 3）確定手指張合驅(qū)動(dòng)液壓缸直徑 D 及活塞桿直徑 d，液壓缸受力分析如圖 所示 . 11 圖 5 液壓缸示意圖 Figure 5 Schematic diagram of hydraulic cylinder 由以上計(jì)算知夾緊液壓缸最大工作負(fù)載約為 ，由參考文獻(xiàn) [1]中表 9－ 1選取液壓缸工作壓力 p＝ 1Mpa。 查參考文獻(xiàn)［ 3］中表 選活塞桿直徑為 :d＝ 70mm。 機(jī)械手手指部的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 此齒輪齒條傳動(dòng)按工作壽命為 10 年（設(shè)每年工作 300 天），兩班制，工況平穩(wěn)來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算。選齒輪齒數(shù) Z＝ 100。. 5)、查手冊(cè)知齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ Hlim2＝ 550MPa. 6)、計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 mmdt 3 221 ??? ????? (9) 10）、計(jì)算圓周速度 。 2）、由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN＝ 1。 查參考文獻(xiàn)［ 2］中表 10－ 5得 YFa=。于是有 3 6 9 27 3 9 3 8