【正文】 ,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個面 6 個，兩個面是 12 個） 。 J cz = m ( l 2 + 3R2 ) /12 = 43 N m s2 J0 = Jc + G ρ2/g = 1495 N m s 2 M 慣 = J0ε = J0Δ ω /Δ t= 1495 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下 M 阻 = M 驅(qū) ，由于回油背差一般非常的 小，故在這里忽略不計。 手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計與校核 尺寸設(shè)計 液壓缸運(yùn)行長度設(shè)計為 l =118mm,液壓缸內(nèi)徑為 D1 =110mm,半徑R=55mm,液壓缸運(yùn)行速度，加速度時間 t =,壓強(qiáng) p=,則驅(qū)動力： G0 = pπR 2= 10 6 2 = 3799( N ) 尺 寸校核 （ 1） 測定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 G = mg = 80 10 = 800( N ) （ 2） 設(shè)計加速度 a = 5(m / s ) ，則慣性力： G1 = ma = 80 5 = 400( N ) （ 3） 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) k = ， Gm = k G1 22 = 400 = 40( N ) ∴ 總受力 Gq = G + G1 + Gm = 800 + 400 + 40 = 1240( N ) G q G0 所以設(shè)計尺寸符合實(shí)際使用要求 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算 手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩 M 驅(qū) ，應(yīng)該與手臂運(yùn)動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M 慣 及各密封裝置處的摩擦阻力矩 M 阻 相平衡。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部， 結(jié)構(gòu)緊湊?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu) 有 以下幾種： （ 1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。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。 小結(jié) 本章設(shè)計了機(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)，對驅(qū)動的液壓缸 的驅(qū)動力進(jìn)行了詳細(xì)的計算，并對液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： F封 = 。=(4 /π π/2) μ = ( ) μ μ —— 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 μ = 鋼對鑄鐵：取 μ = 計算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 μ 39。 a—— 導(dǎo)向支撐的長度（ m） 。 ∑MA =0 G 總 L = aFb Fb = G 總 L/ a 得 ∑Y = 0 G 總 + Fb = Fa Fa=G 總aaL? F 摩 = Fa 摩 + Fb 摩 =μ 39。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。 平衡裝置 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對 性能的影響，故在手臂伸縮液壓缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和液壓缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計與校核 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計 手臂伸縮液壓缸采用煙臺液壓元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實(shí)際要求， 液壓缸用CTA 型液壓缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為 φ100/63，關(guān)于此液壓缸的資料詳情請參看煙臺液壓元件廠公司主頁： 尺寸校核 在校核尺寸時，只需校核液壓缸內(nèi)徑 D1 =63mm,半徑 R= 的液壓缸的尺寸滿足使用要 求即可 ,設(shè)計使用壓強(qiáng) P = MPa , 則驅(qū)動 ： F = PπR2 = 106 = 1246( N ) 測定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計加速度 a = 10(m / s ) ，則慣性力： F1 = ma = 50 10 = 500( N ) 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) k = , Fm = kF1 = 500 = 100( N ) ∴ 總受力 F0 = F1 + Fm = 500 + 100 = 600( N ) F0 F 所以標(biāo)準(zhǔn) CTA 液壓缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動力要求。 （ 2） 手臂的典型運(yùn)動形式有：直線運(yùn)動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn) 運(yùn)動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運(yùn)動，如直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動組 合，兩直線運(yùn)動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動盡可能平衡，以減少對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） 。 （ 2） 減少臂部運(yùn)動件的輪廓尺寸。 機(jī)械手手部的運(yùn)動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。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。 臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 表 32 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（ JB106867） （ mm） 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu) 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 缸蓋螺釘間距示意 圖 表 33 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm) 小于 150 小于 120 小于 100 小于 80 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖所示， t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見 表 33， 在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 FQ0 = FQ + FQs 39。 機(jī)械手 吸取玻璃的 重量 為 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn) 90 度 時，計算力矩： 吸盤 、 吸盤 驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為 220mm，直徑 120mm，其重力估算 G G = π 7800 Kg/m3 N/ Kg = 190 N 擦力矩 M 摩 = 。 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn) 90 度，綜合以上的分析，綜合考慮各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部機(jī)構(gòu) ，采用液壓驅(qū)動。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回 轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 腕部是連接手部與臂部的部件，起支撐手部的作用。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。 吸盤對工件的吸力可按下列公式計算： FN=K1K2K3G 式中： K1 — 安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計要求確定 ,通常取 —— ，取 ； K2 — 工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計算最大加速度，得出工作情況系數(shù) K 2。如采用滾 珠絲杠，效率可以提高，但因其較長，制造比較困難。 雙作用雙活塞桿油缸：當(dāng)需要很大的行程時，將油缸做的很長、體積很大，則加工上有困難。往復(fù)直線油（氣）缸可以分為以下幾種。 (5)通用性要強(qiáng)。 手臂設(shè)計的要求： (1)手臂承載能力大、剛性好、自重輕。手臂的基本動作是將手部移動到所需的位置和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量。 通過以上對手部的分析真空式具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不損傷工件、使用方便、不影響機(jī)械手的正常工作等優(yōu)點(diǎn)。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。 2）氣吸式 氣吸式手部又稱 為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(nèi)產(chǎn)生真空或負(fù)壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。 （ 2）手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力。常用的手部結(jié)構(gòu)按其握持原理可以分為如下兩類 : 1）夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。該機(jī)械手的定位精度為 177。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。機(jī)械手動作時有啟動、停止過程的加、減速 度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均 速度表示速度的快慢更為符合速度特性。該機(jī)械手最大移動速度設(shè)計為 /s。 機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)械手的抓重 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù) 由于是采用液壓方式驅(qū)動，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計設(shè)計抓取的工件質(zhì)量為 50 公斤。手臂的各種運(yùn)動由液壓缸來實(shí)現(xiàn)。 機(jī)械手的 手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動 才可滿足工作的要求。由于本機(jī)械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此， 采用圓柱座標(biāo)型式。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要 求，抓取、搬運(yùn)時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制 的要求 。 該機(jī)械手采用的是 PLC 程序控制系 統(tǒng)，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動作順序、運(yùn) 動軌跡、運(yùn)動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對 執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械 手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 它由動力裝置、 調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降 (或俯仰 ) 運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。 手腕 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 )。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)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。 由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題 中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。 傳感器的類型選擇。 解決的關(guān)鍵問題 解決機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、具有一定的代表性。通過對液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動方式的比較，本設(shè)計選擇氣壓驅(qū)動的方式。本論文主要研究玻璃搬運(yùn)機(jī)械手以下幾個方面的內(nèi)容： 玻璃搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動部件與機(jī)械構(gòu)件組成，是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動的實(shí)體。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來越多。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強(qiáng)國”邁進(jìn)，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在 眉睫，政府務(wù)必會加大對機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。歐系中主要有德國的KUKA、 CLOOS 及瑞典的 ABB 公司。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) (FMS)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計。使用 PLC 的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。s moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, highreliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: Manipulator ； Pneumaticdriven； Programmable logic controller。在其驅(qū)動 系統(tǒng)中采用氣壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇 PLC 的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動、故障報警等功能。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化