【正文】 產(chǎn)量為14535臺。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。運(yùn)動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。五自由度機(jī)械手畢業(yè)論文目錄1 緒論 1 1 工業(yè)機(jī)械手的簡史 1 3 機(jī)械手的組成 4 52 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 7 機(jī)械手基本形式的選擇 7 7 8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 83 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 手部設(shè)計(jì)基本要求 9 典型的手部結(jié)構(gòu) 9 9 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 13 144 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 17 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 185 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 23 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 23 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24 手臂直線運(yùn)動的驅(qū)動力計(jì)算 24 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 276 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 291桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 34 軸承的選擇分析 377 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 38 398 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 PLC的特點(diǎn) 40 PLC的選擇及I/O分配 40 PLC程序設(shè)計(jì)及仿真 42結(jié)論 50致謝 51參考文獻(xiàn) 52附錄 53 1. 緒論用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，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。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。 機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。可在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對象。加工箱體類零件的組合機(jī)床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動力機(jī)廠的氣蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位機(jī)床）和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 傳力機(jī)構(gòu)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。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件。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(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)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(yùn)動較為多，受力復(fù)雜。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，然后通過ADAMS軟件對機(jī)械手的手部進(jìn)行簡單的運(yùn)動仿真。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。 機(jī)械手基本形式示意在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有5個自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降5個主要運(yùn)動。驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途：搬運(yùn):用于車間搬運(yùn)二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):抓重:60Kg (夾持式手部)自由度數(shù):5個自由度座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo)最大工作半徑:1600mm手臂最大中心高:1248mm手臂運(yùn)動參數(shù)伸縮行程：1200mm伸縮速度：83mm/s升降行程：300mm升降速度：67mm/s回轉(zhuǎn)范圍:手腕運(yùn)動參數(shù)回轉(zhuǎn)范圍: 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)基本要求（1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。（4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為60Kg。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結(jié)構(gòu)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(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。 手指對工件的夾緊力可按公式計(jì)算： （）式中 ——安全系數(shù)，； ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。計(jì)算公式： （）（力學(xué)性精確能高） （）結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。(3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量60Kg，回轉(zhuǎn)。（3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度=，等速轉(zhuǎn)動角速度。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。手臂運(yùn)動應(yīng)該包括3個運(yùn)動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。（2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。二、 臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。（2） 減少臂部運(yùn)動件的輪廓尺寸。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。（3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮崗兩側(cè)。 ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： ()設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。因此，臂部的運(yùn)動越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成部分。（2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則 ()式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。d為輸出軸與動片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計(jì)算： ()D=151mm既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為150mm,(不是最終尺寸)，再經(jīng)過配合等條件的考慮。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位?，F(xiàn)在對機(jī)械手手臂做粗略估算：總共=33Kg+++= (2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。起動或制動的時間差t=。其結(jié)構(gòu)參看本章開始的——。在同等功率的情況下，液壓裝置的體積?。亓枯p，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時可達(dá)每分鐘500次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動時可達(dá)每分鐘1000次。 (5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。壓力繼電器起過壓發(fā)訊作用。為減少回油阻力，電磁閥回油口可統(tǒng)一接到或部分直接接回油箱，這根據(jù)具體管路設(shè)計(jì)情況及散熱效果而定。PLC的向可靠性已受到用戶的普遍認(rèn)可。（3）通用性強(qiáng) 各個PLC的生產(chǎn)廠家都有其各種系列化產(chǎn)品、各種模塊供用戶選擇。一般PLC都具有自診斷、故障報(bào)警、故障種類顯示等功能，便于