【正文】 或類比 同類結構，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。 手臂摩擦力的分析與計算 分析： 摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。 a――導向支撐的 長度（ m） 。 經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅動力： 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 6210N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P 2MPa 確定液壓缸的結構尺寸： 液壓缸內徑的計算，如圖 所示 圖 雙作用液壓缸示意圖 當油進入無桿腔， 當油進入有桿腔中， 液壓缸的有效面積： 故有 （無桿腔） （有桿腔） F 6210N， ，選擇機械效率 將有關數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表 41（ JB82666），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇 D 65mm. 液壓缸外徑的設計 根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm. 活塞桿的計算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。一般實現(xiàn)手臂的回轉和升降運動，這些運動的傳動機構都安在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮，分析。其缺點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。 活塞缸和齒條齒輪機構。如上圖所示，回轉機構置于升降缸之上的機身結構?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。 驅動機構是液壓驅動，回轉缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉葉片的兩側來實現(xiàn)葉片回轉。 ――手臂回轉部件（包括工件）對回轉軸線的轉動慣量（）。 經(jīng)過以上的計算 回轉缸尺寸的初步確定 設計回轉缸的靜片和動片寬 b 60mm，選擇液壓缸的工作壓強為 8Mpa。 經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示，內徑為 150mm，外徑為 230mm，輸出軸徑為 50mm 圖 回轉缸的截面圖 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結構如圖 。 機身升降機構的計算 手臂偏重力矩的計算 圖 手臂各部件重心位置圖 零件重量、等。 （ 1）的計算 設定速度為 V 4。對于本設計，采用一支點，雙固定，另一支點游動的支撐結構。這種結構可以承受雙向軸向載荷。 2 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。 4 液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它對液體的壓力、流量或流動方向進行控制或調節(jié)，操縱很方便。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。單向閥起單向過流和系統(tǒng)保壓作用。 圖 機械手液壓系統(tǒng)原理圖 PLC 控制系 統(tǒng)設計 PLC 的特點 （ 1）可靠性高 由于采取了一系列的保證 PLC高可靠件的措施， PLC的平均無故障時間 MTBF 一般可達 3― 5 萬 h。 （ 2）編程簡單 PIC 最常用的編程語言是梯形圖語言，梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術人員掌握。在進行應用設計時，一般不再需要用戶制作其它任何附加裝量，從而使設計工作簡化。 PLC 選擇及 I/O 分配 本設計采用西門子公司生產的 S― 200 系列 PLC，型號為 CPU226 ，本機 I/O為： 24 入 /16 出，類型為：繼電器，輸出電壓為ＤＣ：２４Ｖ，ＡＣ：２４Ｖ～ ２３０Ｖ，輸出電流為２Ａ。此外， 順便說明下面程序用到的移 位寄存器 SHRB，它在順序控制或步進控制中，都很方便。 具體 I/O 分配如下表所示： 表 81 I/O 分配表 輸入部分 輸出部分 功能 地址 說明 功能 地址 說明 啟動 啟動按鈕 SB1 接入 原位指示 接 指 示 燈 HL 上限位 信號 SQ1 接入 上升 接電磁閥 YV1 下限位 信號 SQ1 接入 下降 接電磁閥 YV2 伸限位 信號 SQ1 接入 伸長 接電磁閥 YV3 縮限位 信號 SQ1 接入 縮回 接電磁閥 YV4 停止 啟動按鈕 SB2 接入 手臂左旋轉 接電磁閥 YV5 手臂右旋轉 接電磁閥 YV6 手腕左旋轉 接電磁閥 YV7 手腕右旋轉 接電磁閥 YV8 手爪夾/松 接電磁閥 YV9 具體 S7― 200CUP226 的結構接線如下圖所示 圖 機械手 PLC 控制接線圖 具體機械手動作的執(zhí)行順序如下： 上升 伸長 夾緊 縮回 手腕左擺 手臂左擺 下降 松開工件 上升 手腕右擺 手臂右擺 下降 動作執(zhí)行的具體位置如圖 8― 2 所示： 圖 機械手動作分解圖 PLC 程序設計及仿真 根據(jù)圖 作如下程序流程圖： 圖 機械手程序流程圖 本程序設計是在西門子 STEP7Micro/WIN 編程軟件編寫的。在本設計中，我完成了總體方案的設計，傳動系統(tǒng)的設計，機械結構的設計及主要零部件的設計與計算，并進行了必要的校核計算。相信這對以后的生活和學習都將產生非常積極的影響。在她的指導下取得了很大的進步，同時他豐富的理論知識及實際工作經(jīng)驗、對待學術問題的科學態(tài)度令我十分欽佩。 參考文獻 劉明保 ，呂春紅等 .機械手的組成機構及技術指標的確定 .河南高等?？茖W校學報 , 李超，氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā) .陜西科技大學， 2021 陸祥生 ，出版社 , ：北京理工大學出版社 ,1992 史國生 .PLC 在機械手步進控制中的應用 .中國工控信息網(wǎng) , 出版社 , 蔡自興 .機械人學的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略 .機械人技術 ,2021， 4 與密封 ,1999， 4 金茂青，曲忠萍，張桂華 .國外工業(yè)機械人發(fā)展的態(tài)勢分析 .機械 人技術與應用 ,2021， 2 王雄耀 .近代氣動機械人（機械手）的發(fā)展及應用 .液壓氣動與密封 ,1999，5 與機床， 2021. 張軍， 封志輝 .多工步搬運機械手的設計 .機械設計 ,： 21 濮良貴，紀名剛 .機械設計，第七版 .北京：高等教育出版社 , 王國強 . 虛擬樣機技術及其在 ADAM S 上的實踐 [M ]. 西安 : 西北工業(yè)大學出版社 , 2021. 王成，王效月 .虛擬樣機技術及 ， 2021， 6 李軍 .ADAMS 實例教程 .北京： 北京理工大學出版社 .2021 ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. 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Durstewitz,M 。也對這四年來給予了我各方面極大支持及鼓勵機械學院老師表示感謝。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、嚴于 律己寬以待人的做人風范是作者終身學習的榜樣。機械手總體結構能夠實現(xiàn)手臂的水平伸縮、垂直升降、回轉，手腕旋轉，手爪抓取等功能，基本滿足設計所要求的技術性能。下面的程序在 STEP7 中編譯完全通過，無任何錯誤。移位寄存器的特點如下： N 要小于 64，具體由程序指定當 N 0 時，為正向移位，即從最低位向最高位移位；當 N 0 時，為反向移位，即從最高位向最低位移位。在此說明下本設計要用到的 TON 無記憶定時器，按定時精度有 1ms,10ms,100ms 三個等級，其中 1ms 的定時器編號為 T32， T96； 10ms 的有 T33~T36,T97~T100。一般 PLC 都具有自診斷、故障報警、故障種類顯示等功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易通過更換模塊插件來迅速排除故障。 （ 3）通用性強 各個 PLC 的生產廠家都有其各種系列化產品、各種模塊供用戶選擇。 PLC 的向可靠性已受到用戶的普遍認可。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)具體管路設計情況及散熱效果而定。壓力繼電器起過壓發(fā)訊作用。 5 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉運動時可達每分鐘 500 次，實現(xiàn)往復直線運動時可達每分鐘 1000 次。在同等功率的情況下，液壓裝置的體積?。亓枯p，結構緊湊。其結構參看本章開始的――機身結構示意圖 。近似估算為 。 1920mm 所以，回轉半徑 3 計算偏重力矩 升降不自鎖條件分析計算 手臂在的作用下有向下的趨勢，而里柱導套有防止這種趨勢。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 根據(jù)表 ，因為回轉缸的工作壓力為 8Mpa,所以螺釘間距 t小于 80mm,根據(jù)初步估算， ， ,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個面 6 個，兩個面是 12 個）。 回轉部件可以等效為一 個長 1800mm，直徑為 60mm 的圓柱體，質量角度 180，則起動角速度 ，起動時間設計為 。 圖 回轉缸置于升降缸之上的機身結構示意圖 機身回轉機構的設計計算 （ 1） 回轉缸驅動力矩的計算 手臂回轉缸的回轉驅動力矩，應該與手臂運動時所產生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。這種結構是導向桿在內部，結構緊湊?；剞D缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設計選用回轉缸置于升降缸之上的結構。這種結構采用單缸活塞桿，內部導向，結構緊湊。常用的機身結構有以下幾種： 回轉缸置于升降之下的結構。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。 結論： 活塞桿的強度足夠。 對于圓柱面： ――摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計算： 導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 ， L ,導向支撐 a 設計為 將有關數(shù)據(jù)代入進行計算 手臂慣性力的計算 本設計要求手臂平動是 V ,在計算慣性力的時候 ,設置啟動時間，啟動速度 V V , 密封裝置的摩 擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用 O 型密封，當液壓缸工作壓力小于 10Mpa。 圖 機械手臂部受力示意 計算如下： 由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅動力。 活塞桿和齒輪齒條機構。為此，必須計算使之滿足 不自鎖的條件。 減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在 ,最大回轉角速度設計在內，大部分平均移動速度為，平均回轉角速度在。 合理布置作用力的位置和方向。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉和升降運動設置在機身處，將在下一章敘述。 于是得 D――動片的外徑； f――被連接件 配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f 螺釘?shù)膹姸葪l件為 或 帶入有關數(shù)據(jù)，得 螺釘材料選擇 Q235，則（） 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d M12 的開槽盤頭螺釘。 （ ） 查取轉動慣量公式有： 代入： 腕部驅動力的計算 表 41 液壓缸的內徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 1