【正文】 、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，主要可以歸納為以下幾類： （ 1）開關(guān)量的邏輯控制 可編程控制器可實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程 序，完成閉環(huán)控制。 現(xiàn)在功能圖語言的使用有上升趨勢。用戶編制的程序完成的控制任務(wù)，取決于 PLC指令的多少，指令功能越多，編程越簡單和方便，完成一定的控制任務(wù)越容易。通常用 k 來表示。 （ 5）可擴展性 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 PLC 的可擴展性也顯的非常重要。 機械手機械結(jié)構(gòu) 以軸承裝配為例：軸承裝配是軸承生產(chǎn)過程中的最后且極為重要的環(huán)節(jié)，而軸承壓蓋機則是裝配先上較為復雜的部分。整個工作過程機械手包括以下動作。圖 21是某以生產(chǎn)線上機械手的工作示意圖 。 9 控制系統(tǒng) 的功能要求 傳統(tǒng)的機械手采用繼電氣控制，由于其線路復雜、維護困難、可靠性差等缺點，無法滿足機械手控制的需求。在編制 PLC 程序時，需要用到大量的寄存器來存放變量、中間結(jié)果、保持數(shù)據(jù)、定時計數(shù)、模塊設(shè)置和各種標志位等信息。 （ 3）掃描速度數(shù) 掃描速度數(shù)是指 PLC 掃描 1k（ 1k=1024）字用戶程序所需的時間，通常以 ms/k 字為單位，掃描速度越快越好。衡量指令功能強弱可看兩個方面：一是指令條數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。 PLC 的主要技術(shù)指標 PLC 的性能指標較多，主要介紹與組成 PLC 控制系統(tǒng)關(guān)系較直接的幾個。 （ 4）過程控制 過程控制是指對連續(xù)變化的量進行控制。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。使得 PLC 的重量越來越輕、功耗也越來越少。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制提供了方便。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)， PLC 通訊能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。從 PLC 的機 外電路來說， PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低。目前，可編程控制器在機械制造、 石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都的到了長足的發(fā)展。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20世紀 80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。也就是說，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計算機，如單片機工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場合。為了能控制機械或生產(chǎn)過程，它要能很容易的與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，這些都是個人計算機無法比擬的。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，容易擴展其功能的。 7004C角接觸球軸承校核 由前面可知主動軸的軸向力 Fa= 所受徑向力 Fr=200/2=100N 0. 41 0. 87 0. 41 10 0 0. 87 86 .0 91 10 2. 3 NraP F F? ? ? ? ? ? ? 6 339。 計算軸承的徑向載荷 . 由計算得知軸承的支反力 ? ， ? ，故軸承的徑向 載荷 1 AVFR?? ， 2 B VFR?? 。的鍵槽時為 。 （ 1）對于空心軸： 441 .2 3 ( )()f Nl r a dn D d?? ? （ 74） 式中 D—— 軸的外徑 cm； d —— 軸的內(nèi)徑，實心軸時 d=0cm； N —— 軸傳遞的額定功率 KW； N f —— 軸的計算轉(zhuǎn)速（ r/min）。當該式不能滿足時，應(yīng)改進軸的結(jié)構(gòu)以降低應(yīng)力集中，其主要措施可參見表。 截面 C 右側(cè)面校核 ， 抗彎截面系數(shù) W 為 W===2700mm3 抗扭截面系數(shù) WT為 WT===5400mm3 彎矩 M 及彎曲應(yīng)力為 M=86145 mmN? b? =WM =861452700 = （ 58） 扭矩 T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 T? 為 T3 ＝ ?mm T? =TWT3 = = （ 59） 軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理， B? =640MPa, 1?? =275MPa, 1?? =155MPa。 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考機械設(shè)計手冊，取軸端倒角為 245176。 （ 5）軸段 V用螺母將中間軸固定在中間板上，螺母與中間板中間用墊片隔開，起到密封固定的作用，通過查《機械設(shè)計手冊》，墊片的厚為 2mm（ GB97－ 96），故軸段V的直徑 5 34mmd ? ， 5 18mml ? 。 考慮到軸承的寬度及軸承軸向定位等， 故取軸段 I 的長度 1 30mml ? 。 saYY??； （ 7）計算大、小齒輪的][ FSaFaYY?并加以比較 1112 .7 2 1 .5 7 0 .0 1 3 8[ ] 3 0 3 .5 7F a S aFYY? ??? （ 27） 2222 . 2 2 6 1 . 7 4 6 0 . 0 1 6 4[ ] 3 0 3 . 5 7F a S aFYY? ??? 故大齒輪的數(shù)值大。 由 《機械設(shè)計》 [2] 查得 8 級精度小齒輪相對支承非對稱布置時， ? ?2 2 31 . 1 2 0 . 1 8 1 0 . 6 0 . 2 3 1 0H d dKb? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 21） 將數(shù)據(jù)代入后得： ? ?2 2 31 . 1 2 0 . 1 8 1 0 . 6 1 1 0 . 2 3 1 0 4 5 . 3 5 1 . 3 6 7HK ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 由 / 1 2 .4 2 , 1 .3 6 7Hb h K ???,查 《機械設(shè)計》 [5]得， ? ? ； 故載荷系數(shù) 1 1 . 1 2 1 . 2 1 . 3 6 7 1 . 8 3 7A V H HK K K K K??? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 22） （ 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由 《機械設(shè)計》 [2]得， tdd 11? 3 /KtK =3 / ? mm （ 23） （ 7）計算模數(shù) m 11 17 .6 25 21 0. 84m d Z? ? ?mm （ 24） 按齒根彎曲強度設(shè)計 由 《機械設(shè)計》 [3]得彎曲強度的設(shè)計公式為 3 211 ][2m ???????????FSaFadYYzkT ? （ 25） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （ 1）由 《機械設(shè)計》 [3]查得小齒輪的彎曲疲勞極限 1 500MPaFE? ? 。 4 機械手的計算 機械手零件尺寸及強度計算 及校核 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。因此設(shè)計齒輪傳動，要使齒面具有較高的抗點蝕、抗磨損、抗膠合和抗塑性變形的能力，齒根則要有較高的抗折斷能力。在一般工作溫度下碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同。 傳動軸 傳動軸的常用材料有碳素鋼和合金鋼。滑動摩擦下工作的零件應(yīng)選用摩擦性能好的材料 :在高溫下工作的零件應(yīng)選用耐熱材料 。零件尺寸取決于接觸強度的，應(yīng)選用可以進行表面強化處理的材料，如調(diào)質(zhì)鋼、峰碳鋼、氮化鋼。若零件尺寸取決于強度，且尺寸和重量又受到某些限制時，應(yīng)選用強度較高的材料。 選擇材料主要應(yīng)考慮 以下方面的問題。大臂外殼所粘貼的橡膠墊，起緩沖墊作用。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰 )運動。 手臂部件是機械手的主要部件。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)或再增加一個上下擺動即可滿足工作要求。手腕的運動形式可以有 :繞 X 軸轉(zhuǎn)動稱為回轉(zhuǎn)運動 。 （ 2） 應(yīng)具有一定的開閉范圍，手應(yīng)具有一定的開閉角度 (手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度 )或開閉范圍 (對平移型手指從張開到閉合的直線移動距離 )，以便于抓取或退出物體。下面分別是手部、腕部和臂部的具體設(shè)計。蝸桿傳動與圓柱齒輪傳動和圓錐齒輪傳動相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大 、 傳動平穩(wěn)和可以自鎖等顯著特點。齒輪制造常用插齒機和滾齒機等專用機床及專用工具 。一級圓柱齒輪傳 ,動在正常潤滑條件下效率可達到 99%以上，在大 功率傳動中，高傳動效率是十分重要的 :傳動比恒定，齒輪傳動具有不變的瞬時傳動比，因此齒輪傳動可用于圓周速度為 ,200m/s 以上的高速傳動 。 綜上所述，本機械手選用電器驅(qū)動系統(tǒng)作為機械手的驅(qū)動方式。 3 機械手原理分析、方案確定及材料選擇 驅(qū)動方式 目前機械手的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、電器驅(qū)動和氣壓驅(qū)動等多種方式，各種啟動方式有自己的特點，在工業(yè)機器手中液壓、氣壓傳動較多。 B 軸（手腕俯仰） 177。3mm 安 裝 方 式 平移式 地面安裝 抓起工件重量 10 kg 控制功能 自動控制 /手動控制 狀態(tài)顯示 指示燈 S 軸（回旋） 177。 要求在預定的期限內(nèi)安全可靠的工作，從而保證機械手的各種性能在工作期限能內(nèi)能夠可靠的實現(xiàn)，這就要求機械手的各種零件在工作期限內(nèi)不能產(chǎn)生各種時效形式，即零件的強度、剛度、機械性能的穩(wěn)定性、耐磨性和溫升性能滿作必要的條件，這些條件就是判定零件工作能力的準則。以上原因主要是沒有實現(xiàn)機械手的高度產(chǎn)業(yè)化。改革開放以來，通過“七五” ,”九五”科技攻關(guān)，目前基本掌握了機械手的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)生產(chǎn)了部分機械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出了噴漆、弧焊、裝配、搬運等機械手。該車采用 100m(或 250m)長的電纜或無線電裝置進行遙控。該車長 、寬 、重 350kg、 (6x6)驅(qū)動、動力裝置為 1臺電動機，車上供電蓄電池可使用 2h，車速 (前進或后退 )可在 0~連續(xù)變化。還有通過諸如模態(tài)分析、有限元分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，某些領(lǐng)域的機械手已經(jīng)實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計，在這個方面做的比較突出的是德國的 KUKA 公司?，F(xiàn)代控制理論使得機械手控制系統(tǒng)的性能進一步提高。 80 年代，人們?yōu)榱俗寵C器人技術(shù) 向各行各業(yè)擴展、應(yīng)用，于是有了用于社會服務(wù)、海洋開發(fā)、宇宙空間、地下采礦、軍事作戰(zhàn)、救災搶險等領(lǐng)域的機器人。它非常先進，技術(shù)很復雜，迄今還被很多研究中心使用。 國內(nèi)外的發(fā)展狀況 1954 年，被稱為“機器人之父”的美國科學家 Gerge Dev 取得了附有重放記憶裝置的第一臺機械手的專利權(quán)，該設(shè)備能執(zhí)行從一點到另一點的受控運動 (即點一點運動 )，這被認為是“機器人時代”的開始。實現(xiàn)了機械 手的基本搬運功能，達到了預期要求，具有一定的應(yīng)用前景。本課題通過對設(shè)計要求的分析，設(shè)計出機械手的總體方案，重點闡述了手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及控制系統(tǒng)硬軟件的設(shè)計，完成了整個系統(tǒng)工作的 圖紙 設(shè)計。隨著微電子技術(shù)、 PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，機械手的應(yīng)用領(lǐng)域 — 現(xiàn)代汽車制造業(yè)、彩電 和冰箱等家電行業(yè)及食品藥品行業(yè)，他的應(yīng)用前景非常廣 。 1970年，機器人學界早期的改革家之一， Victor Schemnna 在斯坦福大學演示了一種計算機控制的工業(yè)機械手，這就是非常著名的斯坦福機械手。這些應(yīng)用在很大程度上激發(fā)了人們對機械手的研究和開發(fā)，它的技術(shù)也因此取得了長足的進步。除了工業(yè)機械手水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的特種機械手也有了長足的進展。微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機械手的可靠性有了很大的提高。該機器人可用于清理雷場和移動機器人操作機械手設(shè)計與分析處理炸藥等危險物品。操作臂頂端裝有夾爪，夾緊力可達 30kg，能把物體提升至 高。 我國的機械手研究與開發(fā)工作 起步較早，曾經(jīng)有過一些成果，但在產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用上，一直步履維艱。在應(yīng)用規(guī)模上遠遠趕不上發(fā)達國家。 零件的基本要求及參數(shù) 機械零件是機械手的基本構(gòu)成，對機械手設(shè)計的最終都是通過零 件的設(shè)計來實現(xiàn)的，所以設(shè)計零件時應(yīng)滿足的要求是從機械手功能要求引申出來的，也是從機器人的經(jīng)濟性能和技術(shù)性能來考慮的。 下表是機械手的相關(guān)參數(shù)： 表 機械手的基本參數(shù) Table parameters of the manipulator 定 位 精 度 177。60176。180176。 電機驅(qū)動可以避免電能變換為壓力能的中間環(huán)節(jié)，效率比液壓能和氣壓能都高，電動系統(tǒng)將電動機、測速機、編碼器、減速器組成一次加工的殼體中，使得整個電