【正文】 by using the displacement register and displacement instruction of PLC. Keywords: Manipulator 4 degrees of freedom Joint Hydraulic Driving system Control system 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘要???????????????????????????????? Ⅰ Abstract?????????????????????????????? Ⅱ 第 1 章 緒論 ???????????????????????????? 1 工業(yè)機(jī)械手的概況??????????????????????? 1 工業(yè)機(jī)械手的分類?????????????????? ????? 3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用??????????????????? 4 本章小結(jié)??????????????????????????? 4 第 2 章 自動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案???????????????? 5 工業(yè)機(jī)械手的組成??????????????????????? 5 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) ???????????????????? 5 設(shè)計(jì)路線與方案???????????????????????? 6 設(shè)計(jì)步驟???? ???????????????????? 6 研究方法和措施????????????????????? 6 本章小結(jié)??????????????????????????? 6 第 3 章 機(jī)械手的計(jì)算與分析 ???????????????????? 6 手部計(jì)算與分析???????????????????????? 7 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求?????????????? 7 手部的計(jì)算和分析???????????????????? 7 腕部的計(jì)算和分析 ?????????????????????? 13 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 ?????????????????? 13 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 ?????????????????? 14 腕部擺動(dòng)油缸的設(shè)計(jì) ?????????????????? 16 選鍵并校核強(qiáng)度 ???????????????????? 18 臂部的計(jì)算和分析 ?????????????????????? 18 臂部設(shè)計(jì)的基本要求?????????????????? 18 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算???????????????????? 20 機(jī)身的計(jì)算和分析?????????????????????? 28 本章小結(jié)?????????????????????????? 28 第 4 章 液壓系統(tǒng)?????????????????????????? 28 液壓缸??????????????????????????? 28 計(jì)算和選擇液壓元件?????????????? ??????? 30 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 液壓泵的選取要求及其具體選取????????????? 30 選擇液壓控制閥的原則????????????????? 32 選擇液壓輔助元件的要求???????????????? 32 具體選擇液壓元件??????????????????? 33 本章小結(jié)?????????????????????????? ?? 34 第 5 章 液壓缸的保 養(yǎng)與維修???????????????????? 34 液壓元件的安裝??????????????????????? 34 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù)?????????????????? 35 一般技術(shù)安全事項(xiàng)?????????????????????? 35 第 6 章 機(jī)械手控制系統(tǒng)?????????????????????? 35 結(jié)論???????????????????????????????? 37 參考文獻(xiàn)?????????????????????????????? 38 致謝 ???????????????????????????????? 39 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 工業(yè)機(jī)械手概況 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器 ,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡 ,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的 .我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從 80年代 七五 科技攻關(guān)開(kāi)始起步 ,在國(guó)家的支持下 ,通過(guò) 七五 ,八五 科技攻關(guān) ,目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) ,控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù) ,運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù) ,生 產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝 配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有 130多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是 4 自由度（ RPRR R— 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) P— 直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)）關(guān)節(jié)型機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)選用液壓 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用廣泛，傳動(dòng)平穩(wěn)，且易于控制。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。發(fā)達(dá)國(guó)家汽 車行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為 %～ 53%，年產(chǎn)每萬(wàn)輛汽車所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：日本 ，德國(guó) ，法國(guó) 臺(tái)，英國(guó) ，美國(guó) ，意大利 。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和 科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。目 前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的工業(yè)機(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 件進(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。 這種具有感知能力并對(duì)感知的信息做出反映的工業(yè)機(jī)械手稱之為“智能機(jī)械手”，它是有發(fā)展前途的。經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看，不一定總是合算的。根據(jù)作用要求和載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開(kāi)發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的廣 泛應(yīng)用。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為 1～ 30公斤。 這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變程序比較容易。 這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。 4． 智能工業(yè)機(jī)械手（機(jī)器人） 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)各種傳感元件等具有視 覺(jué)、熱感、觸覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等。 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面： 1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動(dòng)線 方面 建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤(pán)類、環(huán)類零件）自動(dòng)線，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。 (4)通用性靈活性好，特別是通用機(jī)械手，能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產(chǎn)的需要。我設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手設(shè)備簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，穩(wěn)定性好，適于使用。 ：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物體的方位。 ：有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu) 。 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： （又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤； ：整機(jī)，手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有幾個(gè)自由度，并說(shuō)明坐標(biāo)形式； 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 ：固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開(kāi)關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置； ：氣動(dòng)， 液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式； ； ； ； ：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度； ：長(zhǎng)寬高（毫米）； ：整機(jī)重量。 第 3 章 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 手部 計(jì)算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。 (2)手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍。 手部的計(jì)算和分析 （ 1）手部受力分析 圖 手部受力圖 (1) 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 (2) （ 2）手指尺寸初步設(shè)定 由拉桿的力平衡條件： ?? 112sinPP? ? 0xF?? 得 12PP? 39。 又因?yàn)?a=50mm C=150 7 7 . 8 7 8c o s c o s 5 0 oa mm? ? ? ? 則 Nb=1 12cospcPc ?? 05 0 7 81 2 .5 2 co s 5 0b ??? ? 3 8 .9 7 8 2431 2 .5b m m??? 當(dāng)夾緊半徑為 25mm的工件時(shí)， 1? ＝ 70 150 1 4 6 . 2 1 4 7c o s c o s 7 0ac m m?? ? ? ? 則 Nb=1 2 12cospcpc ?? 2 12 cosNapb ?? 21 2 .5 5 05 0 2 c o s 5 0b? ?? 243b mm? (4)動(dòng)作特性和傳動(dòng)特點(diǎn) 定位到最大行程時(shí)， 50?? max maxcos aL? ? 則m a x m a x 80c o saL m m???取 max 130L mm? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 又因?yàn)閙ax 1cos 2? ?， max 60? ? 滑槽杠桿手指最大開(kāi)閉角為 m ax m ax 120r ??? 滑槽傾斜角的變化范圍可以為 60 60?? ? ? 可見(jiàn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比將在下列范圍內(nèi)變化 22a N ab P b?? ， ?? 所以開(kāi) 始所初步取的 a， b與 ? 均符合要求。 f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為 ，動(dòng)摩擦系數(shù)為 。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2－ 2可取 2P 為 aMP ， cm? 為 ， d/D為 。 又因?yàn)檫M(jìn)油缸在有桿腔，則其有效工作面積 ? ?2 2 20 .1 8 84A D d cm?? ? ? () 液壓缸壁厚和外徑計(jì)算 ? ?2yPD? ?? ， yP 為最大工作壓力 1P 的 ， yP ＝ aMP 。 活塞的寬度 B一般取 B=( )D==15mm。 腕部 計(jì)算與分析 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)。 ，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。 （如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。 (2)摩擦阻力矩 M摩＝ 總 阻 力 矩 (3)設(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ?起 ＝ 20 ,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 100 s? ?? 計(jì)算：求 M偏 ＝ ? ? 20 .0 1 7 52JJ ? ?? ? ? ?工 件 查型鋼表有：