【正文】 ........................................................................................................... 26 機(jī)械手控制器的選擇 ........................................................................................................ 26 機(jī)械手控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對控制功能的基本要求 ........................................................ 26 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 27 7 手臂驗(yàn)算與機(jī)械手參數(shù) ...........................................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致 謝 ............................................................................................................................................32 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................33 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 1 緒論 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)與發(fā)展 機(jī)器人（又稱機(jī)械手，機(jī)械人，英文名稱： Robot），在人類科技發(fā)展史上其來有自，早在三國時(shí)代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國人的智能結(jié)晶。 工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。 主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。 第二代工業(yè)機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。 進(jìn)入 90 年代，世界機(jī)器人工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步增長，每年增長率保持在 10%左右，世界上已擁有機(jī)器人數(shù)量達(dá)到 70 萬臺左右， 199 1993 年世界機(jī)器人市場曾一度出現(xiàn)小的低谷，近年除日本外，歐美機(jī)器人市場也開始復(fù)蘇，并日益興旺。 本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手所實(shí)現(xiàn)的功能 本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手，主要是針對質(zhì)量少于 2KG 的圓形棒料的搬運(yùn)。 通過示教再現(xiàn)或程序的直接控制 可實(shí)現(xiàn)在機(jī)械手工作范圍內(nèi)把棒料從指定點(diǎn)搬運(yùn)到另一指定點(diǎn)，并把棒料翻轉(zhuǎn)過來。本機(jī)械手就是基 于此并為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的。 機(jī)械手的組成 圖 機(jī)械手的組成圖 本機(jī)械手由機(jī)械系統(tǒng) (執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) )、控制檢測系統(tǒng)組成。 控制系統(tǒng)： 通過對驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。 在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。氣爪的旋轉(zhuǎn)則由與氣爪連接的擺動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)。高度即為手臂可升降的高度。氣爪的翻轉(zhuǎn)是通過擺動(dòng)氣缸來作為驅(qū)動(dòng)器。 氣爪的旋轉(zhuǎn)是擺動(dòng)氣缸通過氣爪的連接附件直接相連接。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) PLC 控制 手臂升降機(jī)構(gòu) 長 550mm，升降運(yùn)動(dòng)，升降范圍 400mm，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) PLC 控制 手臂伸縮機(jī)構(gòu) 長 826mm，伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮范圍 270mm，氣缸驅(qū)動(dòng) 活塞位置控制 氣爪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角 180o，氣缸驅(qū)動(dòng)，行程開關(guān)控制 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 3 機(jī)械手的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠的選擇 絲桿所受載荷主要是手臂的重力，設(shè)計(jì)的手臂質(zhì)量約為 25KG即等效載荷 NF 245m? 。 效率計(jì)算 螺旋導(dǎo)程角 γ = dPn?arctan = ondP?arctan = 3186。 諧波齒輪采用帶杯形柔輪的諧波傳動(dòng)組合件。輪齒工作表面的耐磨損能力可由下式計(jì)算： [7] 2020pR n vTKPPd h b Z?? 式中： T—— 作用在柔輪上的轉(zhuǎn)矩（ m?N ），由前計(jì)算取得 m2 ?? NT ； Rd —— 柔輪分度圓直徑，本設(shè)計(jì)中取為 Rd =80mm ； nh —— 最大嚙入深度，近似取 nh =（ ~ ） m，本設(shè)計(jì)中取 1 .4 0 .4 0 .5 6nh m m? ? ? ； b —— 齒寬（ mm），設(shè)計(jì)中取為 b=20mm ； vZ —— 當(dāng)量于沿齒廓工作段全嚙合的工作齒數(shù) ，一般可取 ???Z ； K—— 載荷系數(shù)，取 ~?K ，設(shè)計(jì)中取為 K= ； P —— 齒寬許用比壓 ，對于無潤滑條件下工作的調(diào)質(zhì)柔輪，取 P =8MPA ； 所以，代入vn bhd 2020 ZKTP R ??? ??得： 20 00 2 1. 580 0. 56 20 150. 44 64 M P aP ??? ? ? ?? 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 因 MPAMPA ? 滿足 aP? ，所以符合耐磨性要求 。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 4 機(jī)械手的各電機(jī)選擇 進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行電機(jī)。 初選步進(jìn)電機(jī) 75 003BF [8] 由前計(jì)算絲桿導(dǎo)程為 mmLo 6? 本設(shè)計(jì)機(jī)械手手臂升降速度選定為 smmS 35? 所以絲桿轉(zhuǎn)速： m i ?? OLSW ? 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩： fgac MMM ?? 式中： cM —— 機(jī)械手手臂升降相對絲桿的回轉(zhuǎn)力矩 ； fM —— 機(jī)械手手臂升降相對絲桿的摩擦阻力矩 ； gaM —— 機(jī)械手手臂升降在停止（制動(dòng)）過程中相對與絲桿的慣性力矩 ； 其中： twoga ???JM ， 式中： ? —— 手臂升降啟動(dòng)或制動(dòng)過程中角速度的變化量，也就是工作的角速度： 23 4 9 .9 8 ( / m in ) 3 4 9 .9 8 3 6 .6 4 9 ( / )60r ra d s? ???? ? ? ? ?； t —— 手臂升降啟動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間：本設(shè)計(jì)取為 ）（ ?? ； 0J —— 手臂升 降時(shí)各部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量? ?2mkg?， 其中： dls JJJJ ???o 式中： sJ —— 絲桿對其轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量? ?2kg?， 其中： 10smJ D L? 式中： mD —— 絲桿的公稱直徑由前計(jì)算得 ）（ ?D 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 L—— 絲桿的長度本設(shè)計(jì)取為 (m) 代入得： ）（ 234mkg0 0 1 3 2 ?? ????J lJ —— 升降電機(jī)與絲桿間的聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ）（ 2s mkg0 0 1 ??J 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 (軟件版 ) 得； dJ —— 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ）（ 2d mkg0 0 0 1 7 6 ??J 查機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表 218 得； 代入得： 2d0 .0 0 3 3 50 .0 0 0 1 7 6 40 .0 0 1 80 .0 0 1 3 7）（ mmkgJJJJo ls???????? 把以上代入 twoga ???JM 得： 40 64 ???M 其中 2fD mf GM ? ； 式中： G—— 手臂的自重約為 200N f—— 絲桿螺母副與絲桿間的摩擦系數(shù) f= 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 (軟件版 ) 得 代入得： ）（ mf ??????? NDGM 得： ）（ ?????? NMMM 電機(jī)與絲桿直接聯(lián)接所以 i=1； 所以 ）（。m( kgf 式中： m1 —— 手臂無氣爪邊的質(zhì)量（ kg），本機(jī)械手為 kg15m1? ； 2m —— 手臂有氣爪邊的質(zhì)量（ kg），本機(jī)械手為 kg15m2? ； 其中： 21 mm? 手臂的質(zhì)量，手臂兩邊都看作長桿來計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 3m —— 機(jī)身的質(zhì)量（ kg），本機(jī)械手為 kg20m3? ； 其中： 3m 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量看作均勻圓柱體來計(jì)算； 3,21,r rr —— 與 321 , mmm 相對應(yīng)的長度（ m） 。 表 42 電機(jī)參數(shù) 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 電機(jī)型號 相數(shù) 步距角 /（ 176。m2 分配方式 質(zhì)量 /Kg 90BF003 3 3 60 1． 96（ 20） 1500 8000 17． 64 三相六拍 4． 2 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 5 機(jī)械手各氣動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 氣爪夾緊力的起算與氣爪的選擇 氣爪夾緊力的要求 由設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求氣爪連工件的重量為 5KG，從而確定夾緊的工件重量約為 2kg。 缸徑的確定 缸徑與所使用的氣源的壓力有關(guān)，同時(shí)要確定動(dòng)作方向是推力還是拉力。當(dāng)工作壓力增高、缸徑增大時(shí)效率增大。 氣爪夾緊工件的力 LRFF SN ?1 代入數(shù)據(jù)得： 50221 8 8 31 ???NF ? 由計(jì)算得 NN FF ?1 所以初選的缸徑 40mm，活塞桿直徑 12mm滿足設(shè)計(jì)要求。 本氣爪要求速度緩慢、平穩(wěn)，采用節(jié)流調(diào)速。 3）裝配時(shí)，所有密封元件的相對運(yùn)動(dòng)工作表面應(yīng)涂以潤滑脂。 l—— 工件的長度（ m），本設(shè)計(jì) 為 l =50mm。止動(dòng)桿上的沖擊能量由彈性緩沖板吸收，終端 緩沖由緩沖器實(shí)現(xiàn)。 1F —— 氣缸的負(fù)載力（ N）。選用的控制安裝附件為 SMB2B。氣缸直接安裝在該導(dǎo)向單元上。 NG 55f ? 滿足設(shè)計(jì)要求，該導(dǎo)向單元可用。 ＰＬＣ有著極大的靈活性，易于模塊化，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時(shí)，只要對Ｉ／Ｏ點(diǎn)的接線稍作修改，或Ｉ／Ｏ繼電器重新分配，程序 中作簡單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對控制功能的基本要求 工業(yè)機(jī)器人具有多個(gè)自由度，每個(gè)自由度一般包括一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。 在機(jī)器人的各類作業(yè)中，運(yùn)動(dòng)和控制方式主要有兩種。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，可看成是若干密集軌跡曲線。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的基本功能： 本機(jī)械手要具有回原點(diǎn)、手動(dòng) {點(diǎn)動(dòng) )和自動(dòng) {單步、連續(xù) 1控制的操作方式。操作前提是機(jī)械手須處在原點(diǎn)位置上。 為方便控制系統(tǒng)適應(yīng)各具體工作情況作小幅，整個(gè)控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以方便指令中的 IST狀態(tài)初始化指令來進(jìn)行設(shè)計(jì)。下圖 ： 圖 氣動(dòng)原理 表 61 氣動(dòng)系統(tǒng)工作順序 電磁鐵 動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 氣爪夾緊 + 氣爪松開 + 手臂伸出 + 手臂收縮 + 翻轉(zhuǎn)工件 + 轉(zhuǎn)正氣爪 + 為了使機(jī)械手在作過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行及運(yùn)行的安全可靠，擺動(dòng)氣缸，手臂升降都選用限位開關(guān)控制，以給相應(yīng)的電磁闌傳遞通、斷信息。 7 手臂驗(yàn)算與機(jī)械手參數(shù) 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 手臂平衡的驗(yàn)算 手臂工作長度較大，而且手臂伸縮端安裝有氣爪，氣爪夾緊工件