【正文】 在此表示由衷的感謝！ 在進(jìn)行機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，和我一起研究探討的舍友表示感謝。所設(shè)計(jì)的裝卸料機(jī)械手具有 5 個(gè)自由度（手臂的升降、伸縮、回 轉(zhuǎn)，手腕回轉(zhuǎn)，手爪夾持），采用圓柱坐標(biāo)式。它有 3 個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口： S_BIT 為組成移位寄存器的最低位： N 為移位寄存器的長度。 （ 4）體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、維修方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。而且 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性也很強(qiáng)，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用意向節(jié)流調(diào)速回路，通過定量泵供油，溢流閥定壓，經(jīng) 粗，精兩級過濾器過濾，蓄能器蓄能及穩(wěn)壓，通向中間封閉式的三位四通電磁換向閥，經(jīng)單向節(jié)流閥回油節(jié)流，可調(diào)節(jié)液壓缸的速度。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。 現(xiàn)在對機(jī)械手手臂做粗略估算：總共 33Kg +++ 2 計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。 d 為輸出軸與動片連接處的直徑，設(shè) d 50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計(jì)算： D 151mm 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)表 180mm 不是最終尺寸 ，再經(jīng)過配合等條件的考慮?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 1800。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。因此，臂部的運(yùn)動越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。 ――當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。如此反復(fù)，繪出最終的結(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）。 二、 臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小 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。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量 60Kg，回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。計(jì)算公式： （ ） （力學(xué)性精確能高） （ ） 結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 ，求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結(jié)構(gòu)簡單 , 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。 （ 4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 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。 4 多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列。從 94 年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。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。 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。如 上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位機(jī)床）和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對象。 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 ? 機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。 1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺。 德國機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。運(yùn)動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。 hydraulic power transmission ； Hydraulic cylinder； Programmable logic Controller simulation。機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)手臂的水平伸縮、垂直升降、旋轉(zhuǎn)和抓取等功能，這些動作都是可編程控制器控制，用液壓缸驅(qū)動機(jī)械手來完成的。畢業(yè)設(shè)計(jì) 具有五個(gè)自由度的機(jī)械手設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢 業(yè) 論 文 題 目： 具有五個(gè)自由度的機(jī)械手設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 教 授 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 年 月 日 共 59 頁 摘要 隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。 文章中介紹了搬 運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。 目錄 1 緒論 1 前言 1 工業(yè)機(jī)械手的簡史 1 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 3 機(jī)械手的組成 4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 5 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 7 機(jī)械手基本形式的選擇 7 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動 7 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 8 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 手部設(shè)計(jì)基本要求 9 典型的手部結(jié)構(gòu) 9 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 13 彈簧的 設(shè)計(jì)計(jì)算 14 4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 17 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 5 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 23 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 23 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24 手臂直線運(yùn)動的驅(qū)動力計(jì)算 24 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 27 6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 29 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 34 軸承的選擇分析 37 7 液壓驅(qū) 動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 液壓驅(qū)動的特點(diǎn) 38 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 8 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 PLC 的特點(diǎn) 40 PLC 的選擇及 I/O 分配 40 PLC 程序設(shè)計(jì)及仿真 42 結(jié)論 50 致謝 51 參考文獻(xiàn) 52 附錄 53 緒論 前言 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種 點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元，是 1978 年的二倍。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割 、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。下面具體說明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是 160t 以上的沖床用機(jī)械手的較多。 （ 2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 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)。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。 3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基 本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 。 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 本課題是輕型平動搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。 典型的手部結(jié)構(gòu) （ 1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。若采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動力需加在手指移動方向上 ,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。 夾緊力及驅(qū)動力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。 設(shè) 根據(jù)公式，將已知條件帶入： （ 2）根 據(jù)驅(qū)動力公式得： 1378N （ 3）取 （ 4）確定液壓缸的直徑 D 選取活塞桿直徑 d ,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P , 根據(jù)表 （ JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為： D 63mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : d ，選取 d 32mm 手抓夾持范圍計(jì)算 為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動長度為 34mm。如圖 所示，計(jì)算如下。 4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。 2 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部的驅(qū)動力矩計(jì)算 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。 于是得 D――動片的外徑； f――被連接件 配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 或 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 螺釘材料選擇 Q235，則（） 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d M12 的開槽盤頭螺釘。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(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、動載荷，而且自身運(yùn)動較多。對于高速度運(yùn)動的機(jī)械手，其最大移動速度設(shè)計(jì)在 ,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大部分平均移動速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。為此，必須計(jì)算使之滿足 不自鎖的條件。 做水平伸縮直線運(yùn)動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運(yùn)動時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。 對于圓柱面： ――摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時(shí)： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計(jì)算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ， L ,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計(jì)為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 手臂慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求手臂平動是 V ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候 ,設(shè)置啟動時(shí)間，啟動速度 V V , 密封裝置的摩 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。機(jī)身是可以固定的，也可以是