【正文】 業(yè)所認(rèn)同并采用。手部機(jī)構(gòu)隨使用場合和作對象而不同﹐常見的有夾持﹑托持和吸附等類型。能模仿人手 和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)對象或作工具的自動作裝置。機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。最近聯(lián)合國組織標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序來完成各種工作，主要應(yīng)用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。它可以根據(jù)外補(bǔ)來的信號自動進(jìn)行操作。它具有尋力覺、嗅覺、視覺等進(jìn)行反饋能力。這種機(jī)器 人還處于試驗(yàn)階段，尚未大量投入實(shí)用。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常 配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫 熔液等等。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)械手的性能。 傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動再增加一個(gè)上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運(yùn)動。 手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)， 7 從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動較為多，受力復(fù)雜。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 2 總體布局設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手座標(biāo)形式的確定 常用工業(yè)機(jī)械手按驅(qū)動方式分 :直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo) 式、球座標(biāo)式、多關(guān)節(jié)式幾種類型，如圖 所示。 圖 2 機(jī)械手座標(biāo)型式 Figure 2: The picture of Manipulator39。 （ 2腕部 采用一個(gè)擺動液壓缸來實(shí)現(xiàn)手部及工件的回轉(zhuǎn)。s whole design 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 表一 機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù) Table1 The main technical parameters of Manipulator 項(xiàng)目 主要數(shù)據(jù)參數(shù) 手臂運(yùn)動型式 直角座標(biāo)式 抓取重量 kg50 自由度數(shù) 3個(gè) 手臂升降行程 mm500 手臂升降時(shí)間 5秒 手腕回轉(zhuǎn)行程 180 度 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)間 3秒 手指張合角度 30 度 手指張合時(shí)間 2秒 定位方式和定位精度 機(jī)械擋塊， mm1? 控制方式 PLC 控制 驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動 9 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。 4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。但平移式手指結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積大，要求加工精度高。 綜上，本機(jī)械手選擇二指回轉(zhuǎn)式手指。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。液壓缸選用單桿式，并在機(jī)械手手指張開過程中采用差動連接，此時(shí)無桿腔工作面積為有桿腔工作面積的兩倍，即活塞桿直徑 d 與缸筒直徑的關(guān)系為 d＝ 。 （ 4）確定液壓缸行程 L 由預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)手指張合 30 度及齒輪齒條傳動中確定的齒輪分度圓直徑 d＝140mm 可計(jì)算 4 0RL 18015 ＝＝ ?? ?? (5) 查參考文獻(xiàn)［ 3］中表 選取液壓缸行程 L＝ 40mm。 （ 1）選擇齒輪類型、精度等級、材 料及齒數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求 選用圓柱齒輪齒條傳動。 ο （ 2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 3221)1(HdEtt u ZuTKd ?? ??? (7) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）、試選載荷系數(shù) Kt=。 711 101 8 0 0821126060 ?????????? hjLnN 7）、查參考文獻(xiàn)［ 2］中圖 10－ 19 取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1＝ 。 sv / 3 81 8 045tR ????? ?? (10) 11）計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) mnt. b=φ dd1t= mmzdm tt 3 8 2 ??? 12）計(jì)算齒寬與齒高之比 齒高 h= = 齒寬與齒高之比 b/h= 13）計(jì)算載荷系數(shù) K。 3）、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。YSa= 6)計(jì)算大、小齒輪的][ FSaFaYY?并加以比較。 （ 4）齒輪齒條其它尺寸參數(shù)的計(jì)算 1)齒輪寬度 mmdd ???? ? 15 2）取齒條寬度 b＝ 60mm。具體尺寸數(shù)值詳見圖紙。動作參數(shù)要求如下： 手腕回轉(zhuǎn)：177。 臂部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 臂部的運(yùn)動和結(jié)構(gòu)形式對機(jī)械手的工作性能有著較大的 影響。 (4)導(dǎo)向性要好 為了防止手臂在直線移運(yùn)動中沿運(yùn)動軸線不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，以保證手部的正確方向，必須有導(dǎo)向裝置。 3) 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 0?? AM baFGL? 得 aGLFb? 0??Y ab FFG ?? 得 ?????? ?? a aLGFa babmamm FFFFF 39。39。39。 對于活塞與缸壁及密封處的摩擦阻力： 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。39。液壓缸工作過程中必須具有一定背壓，參考參考文獻(xiàn)中表 9－ 3取 p2＝ 。按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算如下： 22 ? ???? ?? 24dF (22) 設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故 ? ? aMP120~100?? ，活塞直徑 d=50mm,L=500mm,代入數(shù)據(jù)進(jìn)行校核： ? ????? ?????? aMPdF 44 22 (23) 由此可見活塞桿的強(qiáng)度足夠。 23 機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 （ 1）要有足夠的剛度和穩(wěn)定度。 7 液壓元件及動力機(jī)的設(shè)計(jì)選擇 液壓泵的選擇 （ 1）系統(tǒng)壓力計(jì)算 21 PPPP ????? 式中 1P —— 液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力 P?? —— 液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失 2P —— 壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大壓力之值，取 P?? 的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算要待元件選定，并繪出管路時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可以按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，管路簡單的可選 ? ? aMPP ~??? ，管路復(fù)雜的，進(jìn)油口有調(diào)速閥的，取? ? aMPP ~??? 。 24 動力機(jī)選擇 因該機(jī)械手在室內(nèi)使用，固選用電動機(jī)較為方便且電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。 回轉(zhuǎn)缸： ? ? mmVQd ??????? ?? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表 20－ 8－ 2 選用油管公稱通徑為 mm8 ，外徑為 mm14 的無縫鋼管。但對于一般情況而言，油箱的有效容積可按液壓泵的額定流量 ? ?min/LqP 估計(jì)出來。溢流閥按液壓泵最大流量選取，選擇調(diào)速閥時(shí)，必須保證最小穩(wěn)定流量能滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。部分油路采用單向閥來保持壓力，用溢流閥來保護(hù)液壓缸。 2）抑制噪音的能力（空氣溶解度、消泡性）。 3）轉(zhuǎn)速（氣蝕、對支承而浸潤能力）。 4）化穩(wěn)定性 f, 剪切穩(wěn)定性。 27 在眾多的考慮因素中，最重要的因素是液壓的粘度。 上面說過，油溫對粘度影響極大，因此，為了發(fā)揮江東液壓系統(tǒng)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)效率，應(yīng)依具體情況控制油溫，使泵和系統(tǒng)在油液的最佳粘度范圍內(nèi)工作。 8 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 壓力損失的驗(yàn)算 實(shí)際油液是有粘性的，所以流動時(shí)要損耗一部分熱量，這種熱量損失表現(xiàn)為壓力損失。 油在管中實(shí)際的流速為： smdQv /8 9 2 103 9 242 ?? ??????? (26 ) ? ? 2 ????? ?VvdR e 查參考文獻(xiàn)［ 1］中表 2— 3 判斷出油管中液流為層流狀態(tài)，其行程阻力系數(shù)為： M p 64/64 ＝?? eR? 回路壓力損失為： 28 221 6 4 L 4 9 1 8 0 . 8 9 60 . 0 7 7 0 . 0 0 4 5 42 0 . 0 2 5 2 ae vP M PRd ? ?? ? ? ? ? ? ? ? (27) 局部壓力損失驗(yàn)算 局部壓力損失包括通過管路和管接頭處的管路局部壓力損失 2P? ，以及通過控制閥的局部壓力損失 3P? ，但由于管路局部壓力損失相對控制閥的局部壓力損失小得多，所以主要計(jì)算 控制閥的局部壓力損失。 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升 這項(xiàng)驗(yàn)算時(shí)用熱平衡原理來對油液的溫升值進(jìn)行估計(jì)。 9 可編程控制器 PLC PLC 簡介 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。 PLC的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動加 1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理， 16 位（也有 32 位的）為一個(gè)模擬量。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。 近 10 年來，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的 不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC 進(jìn)行控制， PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。 9. 2 PLC 內(nèi)部原理 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一 的。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。 （ B） 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。不同類型的 PLC其存儲容 量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機(jī)型增大其存儲容量也相應(yīng)增大。 33 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。一般交流電壓波動在正負(fù) 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網(wǎng)上去。驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來 實(shí)現(xiàn)控制功能。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的