【正文】 的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái) ,約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)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(guó)外先進(jìn)水平差距較大 ,需要在原有成績(jī)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)行之列 。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)。2圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 。圖 是機(jī)四自由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手示意圖。手臂升降 。(3)機(jī)身 ,采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。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。 回轉(zhuǎn)速度 :70176。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下 ,不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。 (5) 應(yīng)考慮通用性和特殊性。 選擇手爪的類型及夾緊裝置 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)啤酒裝箱的機(jī)械手 ,啤酒瓶 (350ml)的尺寸如圖 31(單位 mm)。若采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上 ,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。 手部設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程 手爪的設(shè)計(jì)模型與實(shí)現(xiàn) 采用三指夾緊的機(jī)械手 ,這樣可以受力均勻 ,夾持穩(wěn)定 ,其大致結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算及液壓缸基本尺寸的確定 手指加在工件上的夾緊力 ,是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。 ??工作情況系數(shù) ,主要考慮慣性力的影 響。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F(N) 液壓缸工作壓力 () 作用在活塞上外力 F(N) 液壓缸工作壓力 () 計(jì)算 :取 C20mm,b60mm,10176。當(dāng)時(shí)可按薄壁公式校驗(yàn)強(qiáng)度 ,即 :最高工作壓力 ,單位為 Pa。 4 手臂的設(shè)計(jì) 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的 :把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。因此 ,它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 。運(yùn)動(dòng)速度一般根據(jù)生 產(chǎn)節(jié)拍要求來(lái)決定 ,確定了生產(chǎn)節(jié)拍和行程范圍就確定了手臂的運(yùn)行速度 (或角速度 )。 。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手 ,其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理 ,使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡 ,以減少對(duì)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 )?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ,如手臂的左右擺動(dòng) ,上 下擺動(dòng) 。 通過(guò)以上 ,綜合考慮 ,本設(shè)計(jì)選擇單導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu) ,使用液壓驅(qū)動(dòng) ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 液壓缸活塞 的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算式中 ??為摩擦阻力 ,手臂運(yùn)動(dòng)時(shí) ,為運(yùn)動(dòng)表面間的摩擦阻力。 ??啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí) ,活塞桿所受的平均慣性力。 得 又得式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力 (含工件 )(N)。 對(duì)于圓柱面 : ??摩擦系數(shù) ,對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí) : 鋼對(duì)青銅 :取 鋼對(duì)鑄鐵 :取 計(jì)算 : 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼 ,導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 , ,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計(jì)為 160mm 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 手臂慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是 ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候 ,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 ,啟動(dòng)速度, 密封裝置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同 ,在手臂設(shè)計(jì)中 ,采用 O 型密封 ,當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10Mpa。當(dāng)時(shí)可按薄壁公式校驗(yàn)強(qiáng)度 ,即 :最高工作壓力 ,單位為 Pa。 缸筒外徑 DmD+263mm (4)油缸長(zhǎng)度 L 的確定 從制造上考慮 ,一半油缸長(zhǎng)度不大于其內(nèi)徑的 2030 倍 ,即取 :L800mm 本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu) ,手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu) ,對(duì)驅(qū)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算 ,并對(duì)液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。機(jī)身是可以固定的 ,也可以是行走的 ,既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。 機(jī)身承載著手臂 ,做回轉(zhuǎn) ,升降運(yùn)動(dòng) ,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(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) :齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂相連接的齒輪往復(fù)回轉(zhuǎn) ,從而使手臂左右擺動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng) ,機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定 ,對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 ,為滿足設(shè)計(jì)要求 ,設(shè)計(jì)動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 180176。 由力的平衡條件有 h 即所謂的不自鎖條件為 : 即取 當(dāng)時(shí) , 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于 468mm 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓 缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 式中 ??摩擦阻力 , 取 G??零件及工件所受的總重。 從制造上考慮 ,一般油缸長(zhǎng)度不大于其內(nèi)徑的 2030 倍 ,即取 :L600mm 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1) 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩 ,應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。 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(dòng)慣量。 d 為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑 ,設(shè) d50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算 : D151mm 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇液壓缸的基本外徑尺寸180mm 不是最終尺寸 ,再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。 D??動(dòng)片的外徑 。作為固定支撐的軸承 ,應(yīng)能承受雙向軸向載荷 ,故內(nèi)外圈在軸向全要固定。同時(shí)也計(jì)算了升降立柱不自鎖的條件 ,這是機(jī)身設(shè)計(jì)中不可缺少的部分。 7 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手的電氣控制相當(dāng) 于人的大腦 ,它指揮機(jī)械手的動(dòng)作 ,并協(xié)調(diào)機(jī)械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。 CPU 模塊 :是運(yùn)算和控制中心 ,起心臟作用。 存儲(chǔ)器 :系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序 ,包括管理程序、監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)組成。 輸入 /輸出接口 :輸入接口 :光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光電三極管組成。 電源模塊 :可編程序控制器使用 220V 交流電源或 24V 直流電源。 。 :CPU 執(zhí)行指令的速度 。LDI:取反指令 ,用于連接的動(dòng)斷觸點(diǎn) 。從左到右、 自上至下編程。目標(biāo)元件 :X、 Y、 M、 T、C。目標(biāo)元件 :不帶元件號(hào) ,只表示一條連線。目標(biāo)元件 :M。目標(biāo)元件 :Y、 M00M377。 (10)保持指令 S:操作保持位置指令 ,自保持 ON 指令 。目標(biāo)元件 :M100、 M1 M1 M160、 M200、 M2 M360、C 除 c661 外 (7)脈沖指令 PLS:使繼電器獲得瞬時(shí)閉合信號(hào)。目標(biāo)元件 :不帶元件號(hào) ,只表示一條連線。 (3)或指令 OR:動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián)追緝令 。 (2)與指令 AND:常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令 。指令條數(shù) ,集中輸出的方式存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象 ,即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。 、 程序執(zhí)行、輸出刷新。 。光電三極管 :在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通 ,導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。斷電內(nèi)容消失。廠家使用的 ,內(nèi)容不可更改 ,斷電不消失。這些電路集成在一個(gè) 芯片上。本設(shè)計(jì)采用 PLC 控制系統(tǒng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手指夾緊機(jī)構(gòu)等組成 ,每一部分均由液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制它完成的動(dòng)作循環(huán)為 :手臂上升→手臂前伸→手臂下降→手指夾緊→手臂上升→手腕回轉(zhuǎn) (正 )→手臂下降→手指松 開→手臂上升→手腕回轉(zhuǎn) (反 )→手臂縮回→手臂下降→待料 ,泵卸載。這種結(jié) 構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。 軸承的選擇分析 對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng) ,對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響 ,因此 ,這里要充分考慮這個(gè)問(wèn)題。連接螺釘?shù)淖饔?:使東片和輸出軸之間的配合緊密。 危險(xiǎn)截面 所以 ,所以 螺釘材料選擇 Q235,則 (n) 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 M20 的開槽盤頭螺釘。 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估 算下 ,由于回油背差一般非常的小 ,故在這里忽略不計(jì)。 t??起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間 s。起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差 ,近似估算為 250Kg。 現(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算 : (2)計(jì)算零件的重心位置 ,求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。手臂部件與升降缸的上端蓋連接 ,回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接 ,由缸體帶動(dòng)帶動(dòng)升降部分和手臂旋轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng) ,機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降 ,運(yùn)動(dòng)部件較大。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ,實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng) ,這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上 ,或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。材料敘用應(yīng)力 ,為材料抗拉強(qiáng)度 ,單位為 Pa ,n 為安全系數(shù) ,一般情況 n5。 經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 :故 液壓缸工作壓力和基本尺寸的確定 經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算 ,確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 ,根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P2