【正文】 根據(jù)表 22（ JB82666） ，選取液壓缸內(nèi)徑為： D=32mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : d=32? =16mm 表 22 液壓缸的內(nèi)徑系列 [4]（ JB82666） （ mm） Table .22 the inner diameter of the hydraulic cylinder series (JB82666) 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 手抓夾持范圍計算 為了保證手抓張開角為 060 ，活塞桿運動長度為 12mm。 因此取 z=7，彈簧總?cè)?shù) 1z =z+= 圈 7）彈簧剛度 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 C= 38F GdCz??= 63800 10 6 ???? =27N/mm 8）彈簧尺寸的確定 彈簧的中經(jīng) D=24mm,彈簧絲直徑 d=4mm，彈簧小徑 1 d= 24 4 = 20 m mDD?? ，彈簧大徑 2 = 24 + 4 = 28m mD D d?? 彈簧長度： 0H 。計算公式： maxcaSSS???? （ 27） sS選取 （力學(xué)性精確能高） max 38KD Fd? ?? （ 28） max 38KD Fd? ??=228 8 1 .2 5 3 2 5 6= = 3 8 8d 3 .1 4 4K F C m p a? ? ? ?? 66m a x 8 0 0 1 0 2 .0 63 8 8 1 0ca sSS ?? ?? ? ?? 王林 ： 車間運輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 16 結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 圖 26 手爪、手腕示意圖 Fig. 26 paws, wrist schemes 如圖 26 所示，機(jī)械手的腕部主要包含一個直線型液壓缸，當(dāng)液壓缸沖入壓力油時 ，液壓缸右腔壓力上升，彈簧壓縮、液壓桿左移，機(jī)械手抓打開夾取物體，當(dāng)液壓缸卸載時，遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 壓力消失，彈簧壓力推動液壓桿右移，此時手爪夾有物體，所以液壓桿不能右移，此時靠彈簧壓力夾緊工件。 由于螺栓材料是塑性材料，且受拉伸與扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力，故可按第四強(qiáng)度理論來確定螺栓螺紋部分的應(yīng)力計算，即 2 2 2 23 3 ( 0 .5 ) 1 .3c a T? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 211） 本設(shè)計螺栓為只受預(yù)緊力的緊螺栓連接，這種螺栓連接不受軸向工作載荷，只受預(yù)緊力的作用。 2）臂部運動速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。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）。連接螺栓的中心線之間的距離是 60mm。因此，臂部的運動越多 ，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部件較大。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。起動或制動的時間差 ? t=。 電動機(jī)的選擇 機(jī)身部使用了 1 個電機(jī)，該電動機(jī)通過正反轉(zhuǎn)帶動運輸機(jī)器人在導(dǎo)軌上雙向移動。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。 3） 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 20 世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。 PLC 的應(yīng)用概況 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò) 大，對于而今的 PLC 幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要 PLC，尤其近幾年來 PLC 的性價比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。在圖中有有六個輸入端，分別是第一道工序的呼叫按鈕 X6，當(dāng)?shù)匾坏拦ば蚣庸ね旰?，操作工人按下呼叫按鈕 X6，信號傳入 PLC，運輸機(jī)器人將工件搬到下一道工序。小車在導(dǎo)軌的移動由雙向電動機(jī)實現(xiàn)，由兩個開關(guān)控制正反轉(zhuǎn)。 PLC 程序的編寫 首先進(jìn)行選型，確定好 I/O 點數(shù)，應(yīng)該考慮未來擴(kuò)充和備用的需要，留 10%20%的輸入 /輸出點數(shù)作備用。并且可選用不同的子系列，避免了功能的浪費，用最少的投資來滿足系統(tǒng)的要求。在 PLC 開始運行時按下“負(fù)載電源”按鈕，是 KM線圈得電并自鎖， KM 的主觸點接通，給外部負(fù) 載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負(fù)載電源。當(dāng)運輸機(jī)器人處于原點狀態(tài)，在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或回原點狀態(tài)，初始對應(yīng)的 M0 將被置位，為進(jìn)入單步、連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。機(jī)器人工作效率高，工作時間長，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，完全能勝任這些工作。使用該 運輸機(jī)器人 代替人工搬運工件，既安全，又準(zhǔn)確，提高了勞動生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動強(qiáng)度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。另用最關(guān)鍵。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝 。一臺運輸機(jī)器人成本為5600 元，一臺運輸機(jī)器人能代替一個人進(jìn)行工作，一個工人月工資以 2021 元計算，一年工資為 24000 元，一臺機(jī)器人用 2 年，因此每年能節(jié)省 21200 元。工業(yè)生產(chǎn)中有許多工作非?？菰?、繁重，有些還非常危險，或是工作環(huán)境惡劣，例如工作空間含有有害氣體、高溫、多塵等。 圖 33 PLC 外部接線圖 Figure 33PLC external hookup 王林 ： 車間運輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 36 圖 34 控制面板 Figure 34 control panel 1）公用程序 [11] 公用程序（如圖 35）用于自動程序和手動程序相互切換的處理。 工作方式選擇開關(guān)的 4 個位置分別對應(yīng) 4 種工作方式，操作面板下部的 6 個按鈕是手動按鈕。 綜上所述，由于在 PLC 行業(yè)中中三菱公司的 FX系列吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點 ,體積小，外部結(jié)構(gòu)美觀以及靈活多變的系統(tǒng)配置，功能強(qiáng)，使用方便，因此選擇三菱王林 ： 車間運輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 34 FX 系列 PLC 作為運輸機(jī)器人的自動控制系統(tǒng) [10]。 6） 當(dāng)運輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ2 時， X X7 處均有工件，則運輸機(jī)器人先將 X7處工件搬到 SQ4 處，然后在移動到 SQ1 處，將工件搬到限位開關(guān) SQ2 處，并停在此處 . 7） 當(dāng)運輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ4 時， X7 處有工件，則運輸機(jī)器人先移動到限位開關(guān) SQ3 處，然后將工件搬到限位開關(guān) SQ4 處，并停在此處。機(jī)械手的夾緊放松由直線型液壓缸和機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，并有雙向電磁閥控制。 運輸機(jī)器人的設(shè)計要求 本課題為車間運輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計，用于車間不同工序之間工件的搬運，本次設(shè)計為三條工序的運輸程序，如圖有三道工序，四個限位開關(guān)，其中第二道工序有兩個限位開關(guān)，SQ2 用于放置從第一道工序搬運到的工件， SQ3 用于第二道工序加工后零件的放置。 3）用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代 PLC 具有很強(qiáng) 的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制 （ NC） 及計算機(jī)控制 （ CNC） 緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 1969 年，美國研制出世界第一臺 PDP14； 1971 年，日本研制出第一臺 DCS8； 1973 年，德國研制出第一臺 PLC； 1974 年，中國研制出第一臺 PLC。 為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。 電機(jī)轉(zhuǎn) 速 n=1400r/min ,初選傳動比 i=20，選擇齒輪的模數(shù)為 2， 齒輪 1 取齒數(shù) Z1=20，則 d1=mz=220=40mm 齒輪 2 齒數(shù) Z2=i1Z1=420=80， d2=mz=280=160mm 齒輪 3 齒數(shù) Z3=20，則 d3=mz=220=40mm 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 齒輪 4 齒數(shù) Z4=i2Z3=520=100， d4=mz=2100=200mm 輸出轉(zhuǎn)速 n1=n/20=1400/20=70r/min=設(shè)計輪子直徑為 100mm，速度 v=n1100=367mm/s 圖 212 傳 動機(jī)構(gòu) Fig. 2 12 transmission mechanism 王林 ： 車間運輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 28 3 運輸機(jī)器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計 可編程控制器的簡介 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC） [9]，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。對于桿長 L大于直徑d的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計算： ? ?24Fd????? （ 218） 設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故 ??? 100 120Mpa? ，活塞直徑 d=50mm ,現(xiàn)在進(jìn)行校核。 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)動力的計算 F F F F G? ? ? ?慣 摩 密 式中 F摩 — —摩擦阻力 12F Ff?摩 取 f= G—— 零件及工件所受的總重?；ㄦI軸與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下端蓋與小車的外殼 固定。 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。 機(jī)身的設(shè)計計算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。機(jī)械手臂通過螺栓組與機(jī)身連接，手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進(jìn)行螺栓組的校核。 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。注意簡化結(jié)構(gòu)。對螺栓組進(jìn)行受力分析，機(jī)械手手抓、工件、手 腕的等效重力可以等效為作用在螺栓組中心的一個豎直向下的力和一個逆 時針方向的等效力矩。 腕部的結(jié)構(gòu) 根據(jù)本設(shè)計的方案，機(jī)械手無需轉(zhuǎn)動，因此無需轉(zhuǎn)動液壓缸，腕部只包含驅(qū)動手爪的直線型液壓缸，因此腕部的結(jié)構(gòu)較簡單。 對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗算（如果變載荷的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗算）。 MAXF KCd ??= 1 .2 5 3 2 5 61 .6 2 .7 9 m m[]??? ? 為方便計算和制造 取 d=4mm 6)根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 根據(jù)設(shè)計計算液壓缸液壓桿的行程為 12mm即 ? =12m 對于壓縮彈簧 Z=38GdFC? (26) G彈簧材料的剪切彈性模量，查表得 G=80000 610? Z彈簧的工作圈數(shù) Z=38GdFC?= 638 0 0 0 0 1 0 0 .0 1 2 0 .0 0 48 3 2 5 6? ? ??? = 彈簧的工作圈數(shù) z 應(yīng)大于 圈，否則應(yīng)重選彈簧指數(shù) C，并計算 d 和 z。 表 21 液壓缸的工作壓力 Table .21 hydraulic cylinder pressure of work 作用在活塞上外力F/N 液壓缸工作壓力 /Mpa 作用在活塞上外力F/N 液壓缸工作壓力 /Mpa 小于 5000 2021030000 500010000 3000050000 1000020210 50000 以上 計算 [3]：設(shè) a=40mm,b=20mm, 010 ? 040 。11FF?? 01M? ??F =0 得 39。平移型手指的張開閉合靠手指的平行