【正文】 ???? 31 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 ????????????????????? 33 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 ??????????????????? 34 本章小結(jié) ????????????????????????????? 355 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 ?????????????????????? 36 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 ???????????????????????? 36 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 ??????????????????? 37 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ????????????????????? 37 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ????????????????????? 37 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ????????????????????? 37 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 ??????????????????? 37 手臂慣性力的計(jì)算 ?????????????????????? 39 密封裝置的摩擦阻力 ????????????????????? 39 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 ???????????????????? 40 本章小結(jié) ????????????????????????????? 416 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????????? 42 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) ?????????????????????????? 42 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????? 42 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 ???????????????????????? 47 手臂偏重力矩的計(jì)算 ????????????????????? 47 升降不自鎖條件分析計(jì)算 ??????????????????? 48 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ????????????? 49 軸承的選擇分析 ?????????????????????????? 50 本章小結(jié) ????????????????????????????? 50（ ???????????????????????????????????? 507 PLC 及其應(yīng)用 ???????????????????????????? 51 PLC 的概念 ????????????????????????????? 51 PLC 的組成 ????????????????????????????? 51 PLC 工作原理及其特點(diǎn) ???????????????????????? 538 / 72（四）PLC 的應(yīng)用 ???????????????????????????? 53 PLC 控制方案分析 ?????????????????????????? 54 對(duì) PLC 的選取 ???????????????????????? 54 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分析 ????????????????????? 56 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ?????????????????????????????? 56 機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求 ????????????????????? 56 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ?????????????????????????? 57 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ???????????????????????? 57（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ?????????????????????????? 58（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ?????????????????????????? 60 系統(tǒng)調(diào)試 ????????????????????????????? 61 設(shè)計(jì)總結(jié) ????????????????????????????? 62結(jié) 論 ????????????????????????????????? 70致 謝 ?????????????????????????????????? 71參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? 721 緒論 9 / 72 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(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。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)。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。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)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。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)。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用很多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二車床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的 Y38 滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾銑花鍵機(jī)床機(jī)械手等。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手的種類和型式比較多，但是從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。平移型手指應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。電磁吸盤的吸力有直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。（4） 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成比較遠(yuǎn)的距離的操作時(shí)，可以在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制。其主要特點(diǎn)是：抓重可以達(dá)到幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、動(dòng)作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序可不變。目前多數(shù)機(jī)械手屬于點(diǎn)位控制。(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。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。 工業(yè)機(jī)械手的自由度和座標(biāo)型式1 工業(yè)機(jī)械手的自由度 自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，每一個(gè)構(gòu)件（即運(yùn)動(dòng)件）相對(duì)固定坐標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為自由度。工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少，決定著工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作多樣化的程度。這種座標(biāo)型式的機(jī)械手稱為直角座標(biāo)式機(jī)械手。 這種機(jī)械手手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)能抓取地面上的物件，為了使手部能適應(yīng)被抓取物件方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。在擬定座標(biāo)型式方案時(shí)，又須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體生產(chǎn)情況和工藝、精度、安裝空間的要求，結(jié)合各種座標(biāo)型式的特點(diǎn)來(lái)分析比較，確定比較合理的座標(biāo)型。（3）發(fā)展組合式機(jī)械手從機(jī)械手本身的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)。因此，人們對(duì)機(jī)械手提出了更高的要求，希望使其具有“視覺(jué)” 、 “觸覺(jué)”等功能，使之對(duì)物體進(jìn)行判斷、選擇，能連續(xù)調(diào)節(jié)以適應(yīng)變化的條件，并能進(jìn)行“手—眼”協(xié)調(diào)動(dòng)作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人將會(huì)代替人做更多的工作。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。 機(jī)械手基本形式示意 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有4個(gè)自由度既：手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上，已基本取代了老式的機(jī)械傳動(dòng)，不僅操作方便，而且外形美觀大方。(5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)——借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。總之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以次進(jìn)行。（3）平面平移型。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用斜楔杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。034 夾緊力及驅(qū)動(dòng)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)。NF25 / 72(1)設(shè) ? = =? 3.?根據(jù)公式，將已知條件帶入： = = NF? （2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： ??????計(jì) 算 （3）取 ?? F ??計(jì) 算實(shí) 際 （4）確定液壓缸的直徑 D ??24dp???實(shí) 際選取活塞桿直徑 d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P= 1MPa,: ????????實(shí) 際根據(jù)表 （JB82666） ，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿內(nèi)徑為:D=63 =，選取 d=32mm? 手抓夾持范圍計(jì)算為了保證手抓張開(kāi)角為 ，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為34mm。 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。對(duì)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(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù) ，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行310N?29 / 72靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算） 。（3） 必須考慮工作條件對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。??啟 01 ?? （）??2J??慣 工 件 啟查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： ?????????2 m?????工 件代入： ???慣 .1MM?慣 摩 ?? 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB82666） （mm ）20 25 32 40 50 55 63 6532 / 7270 75 80 85 90 95 100 105110 125 130 140 160 180 200 250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41 設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mm，外徑根據(jù)表 32 選擇121mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為 226mm；動(dòng)片寬度b=66mm,輸出軸 r= 所示。并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算，同時(shí)也計(jì)算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆?。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。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 ,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在105ms:內(nèi)，大部分平均移動(dòng)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。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。ababFF???摩 摩摩 ()39。?????????????????總摩 手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是 V= ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 ，啟5min ??動(dòng)速度 V=V= ,? ()GvFgt??總慣 t總慣 ?? 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。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。42 / 726 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。?????????????::——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：?鋼對(duì)青銅：取 =～鋼對(duì)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=39。 0AM??bGLaF總得 b?總 0YbaGF??總得 aL??????總 39。 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙作用液壓缸。3 手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。（5） 提高配合精度。如果改變手部的姿態(tài)（方位） ，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。 ??282QbpdDdMFZf??摩于是得 ()??24bpDdf?D——?jiǎng)悠耐鈴?；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取 f=螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ()?????合或 ()??1Q?帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ????62 .. NZfZ??????螺釘材料選擇 Q235，則 （ ）??.sn?:螺釘?shù)闹睆? ??0 m??????螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的開(kāi)槽盤頭螺釘。摩夾取棒料直徑 100mm，長(zhǎng)度 1000mm，重