【正文】 械手正在加緊研制。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。在現(xiàn)代工業(yè)中，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國(guó)人口老齡化的提前到來(lái)，近來(lái)在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平勢(shì)在必行，本設(shè)計(jì)的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。本課題研究的輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手中的一種，它具有工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)并且有著獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)合和廣大的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)。近年來(lái)，該類機(jī)械手在我國(guó)發(fā)展速度快，受到了各企業(yè)單位的高度重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用，并取得了一定的效果。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。(4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。最大速度 45176。為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)域材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度的鋁合金制造。 機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式2），工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式有：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式及關(guān)節(jié)式。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。一般用作自動(dòng)機(jī)的上料或卸料裝置。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。 電動(dòng)缸機(jī)械手（4）電力傳動(dòng)機(jī)械手，它是由特殊設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。因此，本設(shè)計(jì)選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。手指結(jié)構(gòu)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。本課題采用V形面雙指式手指和滑槽杠桿式傳力機(jī)構(gòu)。本課題設(shè)計(jì)在手臂上加有定位擋塊和緩沖擋塊，且定位擋塊和緩沖擋塊位置連續(xù)可調(diào)，這樣既保證了位置精度，又可滿足不同規(guī)格工作的需要。的旋轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開(kāi)關(guān)電氣定位以及相關(guān)繼電器組成的控制系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。夾取重量為5Kg。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于夾持平板方料，且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置，其理論夾持誤差零。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手爪閉和，在驅(qū)動(dòng)力作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手爪張開(kāi)?；凼礁軛U式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定心精度與滑槽的制造精度有密切關(guān)系。 —工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)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)。（1）設(shè)K1= K2=1+=1+= K3= 根據(jù)公式，將已知條件帶入： FN==（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： Fm==（3）取η= F==（4）選取氣壓缸初選氣壓缸型號(hào)為QGX，其內(nèi)徑D=12mm，～，介質(zhì)溫度5℃～60℃， MPa時(shí)，理論輸出力為50N，行程范圍6～60mm，滿足設(shè)計(jì)要求。時(shí)，（b）所示，最大夾持半徑R2計(jì)算如下：R2=50176。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。一般夾持誤差不超過(guò)1mm，分析如下：工件的平均半徑：Rcp==65mm，手指長(zhǎng)l=50mm，取V型夾角2=120176。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)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(dòng)才可滿足工作的要求。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。1—工件 2—爪部 3—手腕手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： M驅(qū)= M +M偏+M慣+M封 式中： M驅(qū)—驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Ncm)；，分析各阻力矩的計(jì)算：（1）手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為Δt， 則：M慣 = (J+J1）ω/Δt式中：J—參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1—工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ω—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)；Δt—起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s)；若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為：J1=式中：Jc—工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；G1—工件的重量(N)； —工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)； （2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 M偏=G1+G3e3式中：G3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)；e 3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)；當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則G1 e 1=0。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè)。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。當(dāng)工作壓力為1 MPa時(shí)輸出力矩為62 Nm2)工件的質(zhì)量為5kg，質(zhì)量分布于長(zhǎng)l=100mm的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =(kgm）（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為M摩，對(duì)于滾動(dòng)軸承f =，對(duì)于滑動(dòng)軸承f =，d1，d2為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，d1=30mm，d2=20mm，RA，RB為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì)RA=300N，RB=150N, M摩=（Nm）M驅(qū)＜M∴設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。2）臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小。（1）伸縮范圍500mm，最大速度200mm/s；（2）升降行程40mm。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 氣缸初選QGA型氣缸，氣缸行程為40mm，氣缸內(nèi)徑選為D=100mm，半徑R=50mm，壓強(qiáng)P=，則驅(qū)動(dòng)力 = =3140(N) 1）測(cè)定手腕的質(zhì)量為20kg，則重力 G=mg =2010 =200（N）2）設(shè)加速度 a=5m/s2，則慣性力 =205 =100(N)3）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)k=，則 = =10（N）∴總受力 =200+100+10 =310（N） 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。的旋轉(zhuǎn)。/s，加速度響應(yīng)時(shí)間Δt=，壓強(qiáng)P=。M慣 = =(N它的氣源是有空氣壓縮機(jī)通過(guò)快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)過(guò)分水過(guò)濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部的動(dòng)作。見(jiàn)下表所示?！鶦收縮→A左轉(zhuǎn)180176。，根據(jù)動(dòng)作運(yùn)動(dòng)順序，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作循環(huán)分析，：工況1DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT9DT10DT A右轉(zhuǎn)+B上升++C伸長(zhǎng)+++D逆轉(zhuǎn)++++B下降++++E抓緊+++++延時(shí)+++++B上升+++++D順轉(zhuǎn)+++++C縮回+++++A左轉(zhuǎn)+++++C伸長(zhǎng)+++++D逆轉(zhuǎn)+++++B下降+++++E松開(kāi)+++++延時(shí)+++++C收縮+++++D順轉(zhuǎn)+++++重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)8 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。日本OMRON公司C系列可編程控制器可以配置10～2000個(gè)I/O點(diǎn)。但是，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都不能保證PLC的正常運(yùn)行，因此在使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題。當(dāng)使用環(huán)境不可避免振動(dòng)時(shí)，必須采取間減振措施，如采用減振膠等。10％）V的交流電，對(duì)于電源先線帶來(lái)的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯(cuò)誤信息。 程序的總體結(jié)構(gòu) 程序梯形圖設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手的邏輯時(shí)序圖及I/O分配，畫出控制梯形圖?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的目的是，調(diào)試通過(guò)后進(jìn)行試運(yùn)行。隨著調(diào)試的進(jìn)展逐步加電、開(kāi)機(jī)、加載，直到按額定條件運(yùn)轉(zhuǎn)。也可帶電查，加上信號(hào)后，看電控系統(tǒng)的動(dòng)作情況是否符合設(shè)計(jì)的目的。 （3）檢查與測(cè)試指示燈。 （4）檢查手動(dòng)動(dòng)作及手動(dòng)控制邏輯關(guān)系。 （5）半自動(dòng)工作。哪個(gè)步驟或環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，就著手解決哪個(gè)步驟或環(huán)節(jié)的問(wèn)題。 （7）模擬量調(diào)試、參數(shù)確定。最主要的是選定合適控制參數(shù)。但是好再進(jìn)行一些異常條件檢查。通過(guò)對(duì)課題任務(wù)的深入理解，并對(duì)比分析了多種方案，最終確定了機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案。因沒(méi)有搭建實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試停留在理論分析的層面上，這也是本次設(shè)計(jì)的不足之處。在同他的合作中取得了很大的進(jìn)步，同時(shí)他豐富的理論知識(shí)及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)、對(duì)待學(xué)術(shù)問(wèn)題的科學(xué)態(tài)度令作者欽佩。 作者：梅武斌 2012年6月 重慶科技