【正文】 手 腕轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg﹒cm)。它的結構緊湊，但回轉角度小于3600，并且要求嚴格的密封。手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。在此，取=2 :——方位系數(shù)，吸盤垂直吸附時，則=1/f，f為摩擦系數(shù)，橡膠吸盤吸附金屬材料時，～。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些。1. 圖 3 4 可 調(diào)噴 射 式 負 壓 吸 盤 結構 Structure of Adjustable Ejective Minus Pressure Cupula下面計算吸盤的直徑.吸盤吸力的計算公式為: P= 式中:P——吸盤吸力(N)，本機械手的吸盤吸力為50N，故P=50N。當間隙太小時，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負壓。在本機械手中，擬采用噴射式氣流負壓吸盤。氣流負壓式吸盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負壓將工件吸住。氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。(四)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量使結構簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉軸線上，以使手腕的扭轉力矩最小為佳。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。回轉型手指開閉角較小，結構簡單，制造容易，應用廣泛。/s手指夾持范圍棒料 : 80～150mm片料 : 面 Z定位方式行程 開 關 或可調(diào)機械擋塊等定位精度l1,緩沖方式液壓緩沖器氣壓傳 動1控制方式點位程序控制(采用PLC)圖2 6機械手的工作范圍 Work Range of Manipulator 第三章手部結構設計為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當工件是棒料時，使用夾持式手部:當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤?；剞D速度 90176。～177。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。，最大回轉速度設計為1200176。使用吸盤式手部時可吸附5公斤的重物。 機械手的控制方案設計考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機械手進行控制。 機械手的手臂結構方案設計按照 抓 取 工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉和升降(或俯仰)運動。圖 21 機械手的運動示意圖 Sketch Map of the Motion of Manipulator 機械手的手部結構方案設計為 了使 機 械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當工件是棒料時，使用夾持式手部。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。第二章機械手的設計方案對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾一放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。本課題將要完成的主要任務如下:(1)機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面必須更廣.(2)選取機械手的座標型式和自由度(3)設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括:手部、手腕、手臂等部件的設計。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質和加工精度要求，制造容易，成本較低。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。(4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高?，F(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點:(1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等)；液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。隨著 工 業(yè) 自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所代替。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。(6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(2)機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。 氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。(二)按驅動方式分 液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。(四)位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。滾滾輪輪式式布行走機構可分為有軌的和無軌的兩種。導向裝置結構形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導向型式。手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。傳力機構型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖21所示。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。利用可編 程序控制器對機械手進行控制，選取了合適的PLC型號，根據(jù)機械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機械手的工作時序圖和梯形圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。同時，分別設計了機械手的夾持式手部結構以及吸附式手部結構。本文對機械手進行了總體方案設計，確定了機械手的座標型式和自由度，確定了機械手的技術參數(shù)。設計出了機械手的氣動系統(tǒng)，繪制了機械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖。s arm flexes,ascend,descend and wheels .The paper designs the system of air pressured rive and draws the work principle chair.The manipulator uses PLC to paper institutes two controls chemes of PLC acordine to the work flow of the paper draws out the work time sequence chart and the trapezia ’s more,the paper work out the control program of the PLC.KEY WORDS industrial robot, manipulator, pump, air pressure drive, PLC第一章 緒 論工業(yè) 機 器 人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。而傳力機構則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉力矩以及手臂回轉運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。行走機構當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。(二)驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加口工中心”附屬的自動換刀機械手。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以 “開一關”式控制定位，只能是點位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。若機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。機械傳動機械手即由機械傳動機構(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅動的機械手。電力傳動機械手即有特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機