【正文】 定速度和時間的動作。 (4)液壓 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 本 課題將設(shè)計出機械手的 液 壓傳動系統(tǒng)，包括 液 動元器件的選取， 液 動回路的設(shè)計，并繪出氣動原理圖。 液動 機械手的 設(shè)計要求 課題的 設(shè)計要求 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，它的適用面相對較廣 。由于液壓系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了液 動元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。 液體 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 2 藝流程不致突然中斷。 (3)動作迅速，反應靈敏。但是，由于 液體 具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平 ， 可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn) 。 1 第一章 引 言 工業(yè)機械手概述 工業(yè)機器人由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)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(shè)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。 機械手的結(jié)構(gòu)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。其主要特點是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小， 液動 動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。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)能源可儲存。 (6)成本低廉。雖然 液 動技術(shù)作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因 此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對 液 動機械手、 液動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。為了使通用性更強，手部設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時候還可以用 液流 負壓式吸盤來吸取板料工件。 3 圖 11機械手的系統(tǒng)工作原理框圖 機械 手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。 手部 即與物件接觸的部件?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應用較廣泛。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有 :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。 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)運動和升降 (或俯仰 )運動均與立柱有密切的聯(lián)系。它由 動力裝置 、 調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。該機械手采用的是 PLC程序控制系統(tǒng)， 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(gòu)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。盡量選用定型的標準組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性 和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .本次設(shè)計的機械手是通用氣動上下料機械手 （如圖 21所示） ，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設(shè)備，動作強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。相應的機械 手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度 。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。 二 .基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 s/90? 。除了運動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。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mm1400 。 三 . 用途 : 用于自動輸送線的上下料。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指 。 (一 )具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 (三 )保 證工件準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。 11 手部驅(qū)動力計算 本課題 液 動機械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 31所示 ： 圖 31齒輪齒條式手部 其工件重量 G=， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 : )( ?? ?? tgN =(N) 12 所以 Rbp 2? N=175N (3)實際驅(qū)動力 : ? 21KKpp ?實際 因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 。 缸筒壁厚的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于 ?360 ，并且要求嚴格的密封。 偏M 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片 )對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 ( cmN? ). 封M 手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力 矩 ( cmN? )。 1e 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm), ? 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)。 3e 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm) 當工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則 11eG 0? . 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 封M 17 ?封M )(2 12 dRdRf BA ? ( cmN? ) 式中 : 1d ， 2d 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)。動片封圈 4把氣腔分隔成兩個 .當壓縮氣體從孔 a進入時，推動輸出軸作逆時 4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b孔排出。 21 第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標準氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，氣缸用 CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為 ? 100/63，關(guān)于此氣缸的資料詳情請參看煙臺氣動元件廠公司主頁： 尺寸校核 1. 在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=可 ,設(shè)計使用壓強 MPaP ? , 則驅(qū)動力： 2RPF ??? )(1246 26N? ???? 2．測定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計加速度 )/(10 sma? ，則慣性力 ： maF?1 )(5001050 N? ?? ，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , ? )(100 N? ?? ? 總受力 mFFF ?? 10 )(600 100500 N? ?? FF?0 所以標準 CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求 。 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，故在手臂伸縮氣缸一側(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)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。因此，相應的有手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)、手臂升降機構(gòu)、手臂伸縮機構(gòu)等組成。 （ b） 手臂伸縮運動采用單出桿雙作用缸。上升為工作行程時 ,由行程開關(guān)發(fā)出適時信號，提前切斷油路滑行緩沖定位并在下腔油路上安裝有單向順序閥，用以避免因手臂自重下降，起支撐平衡作用。第四卷》 4 液控單向閥 SLPB2— 30※ 《機械設(shè)計手冊第四卷》 8 電液換向閥（回） YF— 30— 10B— Z 《機械設(shè)計手冊 ，發(fā)出信號 YA9斷電 ,停止卸荷 ,同時 YA6 得 電 ,電液閥右位工作 ,有桿腔進油 ,升降臂下降 ,平衡閥起作用使升降臂不會加速下降。 ,壓下行程開關(guān) YA7 失電 ,行程節(jié)流 閥工作 ,底座慢速回轉(zhuǎn)到終點。 ，發(fā)出信號使機床開始加工工件，此時 YA9 得電，系統(tǒng)卸荷。 ，發(fā)出信號 YA8 得電底座快速回轉(zhuǎn)，由單向調(diào)速閥調(diào)速。 ， YA9 得電 ，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，等待下一次循環(huán)。 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連， CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。開機時， CPU首先使 I/0狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在 I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第四階段是輸出處理階段。 可編程序控制器的使用步驟 在可編程序控制器與被控對象 (機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程 )構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常以七個步驟進行 : (1)系統(tǒng)設(shè)計 即確定被控對象的工作原理， 控制要求， 動作及動作順序。 (3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達了系統(tǒng)中全部動作的相互關(guān)系。 (5)編制程序 即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。如 IBMPC機，只要這個機器配有相應的軟件。 33 豎直方向的上、下 。其中旋轉(zhuǎn)運動用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。 （ 1）手動工作方式 便于對設(shè)備進行調(diào)整和檢修，設(shè)置手動工作方式。 氣動機械手的 工作流程 （如圖 71所示） 氣動機械手的工作流程如下： （ 1） 當按下機械手啟動按鈕之后，首先立柱右轉(zhuǎn)電磁閥通電，機械手右轉(zhuǎn)，至右 限位開關(guān)動作。 （ 5） 立柱下降電磁閥通電，立柱下降，至下限位開關(guān)動作。 （ 9） 手腕收縮電磁閥通電，手腕收縮，至限位開關(guān)動作。 （ 13） 立柱下降電磁閥通電，立柱下降，至下限位開關(guān)動作。 （ 16） 按下停止按鈕或停電時，機械手停止在現(xiàn)行的工步上，重新啟動時，機械手按上一工步繼續(xù)工作。 控制梯形圖可分為子程序部分和主程序部分。工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。 機械手采用 PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定 PLC程序來實現(xiàn)。在此，我首先向老師表示誠摯的感謝，并致以崇高的敬意 !在課題的研究和開發(fā)階段，得到了學校老師的大力支持和幫助，為我提供了許多有用的資料 ，在此一并向他們表示衷心的感謝