【正文】 22()2pb R rM ?? 或222()Mp b R r? ? 式中： M— 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩 P— 回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力 R— 缸體內(nèi)壁半徑 r— 輸出軸半徑 b— 動(dòng)片寬度 圖 上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式 是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。cm)； M封 — 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片 、 缸徑 、 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(N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。一般夾持誤差不超過 1mm， 分析如下： 工件的平均半徑 ： Rcp= 24090? =65mm， 手指長(zhǎng) l=50mm， 取 V 型夾角 2? =120176。 時(shí)，如圖 （ b） 所示，最大夾持半徑 R2計(jì)算如下： R2=50 30tg? 176。一般來說，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)。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 αααα αα (a) (b) 1— 手指 2— 銷軸 3— 杠桿 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點(diǎn)，兩手指 1 的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為 F1 和 F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線 OO1 和 OO2 并指向 O點(diǎn) ,交 F1 和 F2 的延長(zhǎng)線于 A 及 B。顯然是不合適的 ， 因此不選擇這種類型。 （ 4） 應(yīng)保證 手爪 的夾持精度。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作 有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 在基座上安裝齒輪齒條旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使手臂達(dá)到 0176。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。目前機(jī)械手設(shè)計(jì)正朝 “ 機(jī)電一體化 ” 方向發(fā)展，采用電力直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械手將日益增多。抓重能力大，結(jié)構(gòu)小巧輕便，傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作靈便，可無級(jí)調(diào)速，進(jìn)行連續(xù)軌跡控制。特點(diǎn)：占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿 Z 軸方向移動(dòng)的最低位置的限制，故不能抓取地面上的物體。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 6 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 總體構(gòu)想 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手搬運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動(dòng)化裝置。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。 目前 機(jī)器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)， 例如： 如圖 ，在美國(guó)，他們研制的像大型客機(jī)這種清洗工作，如果人來做的話十分繁重，那么大一個(gè)機(jī)體來清洗的話，工作量是很大，而且也很不方便，那么他們采 用這種機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)像飛機(jī)的這些清洗的工作，包括一些國(guó)家開發(fā)像高層建筑的清洗機(jī)器人，這也都是服務(wù)行業(yè)的機(jī)器人，還包括像家庭使用的，還有一些賓館和一些公共場(chǎng)合使用的這種清潔機(jī)器人，對(duì)地面來進(jìn)行清掃，還包括網(wǎng)球場(chǎng)上能夠自動(dòng)地把撒下的球，集中收集起來，這種機(jī)器人也都是存在的。該機(jī)械手還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定性高，精度準(zhǔn)確，研究成本低，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳送到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元 (Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。據(jù)報(bào)道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50多個(gè)。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由 400小時(shí)提高到 1500小時(shí)，精度可提高到 177。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 Versatran 機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。在 工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。 本文第一章節(jié)簡(jiǎn)述了機(jī)械手的發(fā)展及研究意義；第二章節(jié)至第六章節(jié)對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)；最后兩章節(jié)對(duì)機(jī)械手的電氣控制、 PLC 編程及程序 調(diào)試進(jìn)行簡(jiǎn)述。 關(guān)鍵詞 ：機(jī)械手 氣壓傳動(dòng) PLC 控制 程序調(diào)試重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ABSTRACT Ⅱ ABSTRACT The research of light parallel manipulator has the advantages of simple structure, high working stability, accuracy, of low cost, long life and other characteristics. Can be used in different occasions, greatly improved the conditions of labour, improve labor productivity, accelerate the realization of industrial production mechanization and automation of the pace. The first chapter introduces the development and significance of research of manipulator。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 緒論 2 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1978美國(guó) Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于 177。德國(guó) 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。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）的設(shè)計(jì)及 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試 。 據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有 ： 1）本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和計(jì)算 根據(jù)有關(guān)資料顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種，主要以 下幾種方式，分析并進(jìn)行比較選擇： （ 1）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手，它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（凸輪、連桿、齒輪、齒條、間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 （ 3）氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)械手，它是利用壓縮空氣的壓力，來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 整體機(jī)構(gòu)的確定 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）手部：即與物體直接接觸的部件。 圖 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 圖 電動(dòng)缸機(jī)械手 圖 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 8 （ 2） 手臂：是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 整個(gè)機(jī)構(gòu)如 圖 所示： 1— 爪 部 2— 腕 部 3— 臂 部 A— 手指開合氣缸 B— 回轉(zhuǎn)氣缸 C— 伸縮氣缸 D— 升降氣缸 E— 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖 機(jī)械手整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3 機(jī)械手手 爪 的設(shè)計(jì)計(jì)算 手 爪 設(shè)計(jì)基本要求 （ 1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。常用的工業(yè)機(jī)械手手部 ， 按握持工件的原理 ， 分為夾持和吸附兩大類。 機(jī)械手 手爪 的力學(xué)分析 手爪 的力學(xué)分析 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽 杠桿圖 （ a） 為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu) ，圖 （ b） 為受力分析 。1 NFF?h cosah ?? F= 2cosNb Fa ? （ ） 式中 a— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離 （ mm） 。 計(jì)算：設(shè) a=25mm， b=50mm，求夾緊力 FN和驅(qū)動(dòng)力 F 和驅(qū)動(dòng)氣壓缸的尺寸 。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 （ a） (b) 圖 張開示意圖 機(jī)械手 手爪 夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確 ， 抓取精度高 ， 重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好 ，并有足夠的抓取能。= 當(dāng) RMAX≥ R0≥ RMIN 時(shí)帶入有 ： 2 22 2 2m a x m in2 c os 2 c os 2 si n si n si n si nM A X M A XR R R Rl l l l? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ????? ???? 夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩 擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 。 （ 4） 轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān) ，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。177。m2) M偏1()JJt???? 45( 0 .0 1 2 5 0 .0 1 6 7 ) 0 .1?? =(N它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。減少慣量具體有 4個(gè)途徑： （ 1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料 ； （ 2） 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸 ； （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ρ，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作 ； （ 4） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。其結(jié)構(gòu)如圖 。M慣 =? =(N見下表所示。它的氣源是有空氣壓縮機(jī)通過快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)過分水過濾器、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。/s，加速度響應(yīng)時(shí)間 Δt=， 壓強(qiáng) P=。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 機(jī)座設(shè)計(jì)計(jì)算 21 6 機(jī) 座 設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用 。 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。 手臂的設(shè)計(jì)要求 1） 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 。在此處估計(jì) M封 為 M摩 的 3倍 ， M封 =3M摩 =30. 05