【正文】 直徑系列（JB82666）18 40 75 5 20 45 80 5 22 50 85 8 25 55 90 10 28 60 95 12 30 63 14 32 65 16 35 70根據(jù)活塞桿直徑系列（JB82666）選取活塞桿直徑 d=8mm。（1）液壓缸內(nèi)徑計(jì)算：當(dāng)油進(jìn)入無桿腔：當(dāng)油進(jìn)入有桿腔：液壓缸的有效面積：所以式中 F 驅(qū)——手臂升降液壓缸驅(qū)動力(N)D——液壓缸內(nèi)徑(mm)d——活塞桿直徑(mm)η——液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取η= P1——液壓缸的工作壓力(MPa)帶入數(shù)據(jù)得： 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666），選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=55mm（2）活塞桿直徑計(jì)算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度的要求，對于桿長 l 大于直 徑 15 倍（l15d）的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(yùn)等。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實(shí)時性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。目前，工業(yè)自動化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；(2)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；(3)集散控制系統(tǒng)（DCS）。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。機(jī)械手 機(jī)械手介紹Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。致謝非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機(jī)會和寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我將大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識再次回顧學(xué)習(xí)，而且 也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識。手臂啟動速度Δv=83mm/s,啟動時間Δt=,g=,帶入數(shù)據(jù)得：（3）F 密的計(jì)算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工 作壓力小于 10MPa 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為：F 密= 驅(qū)（4）F 回的計(jì)算 一般背壓阻力較小，為了計(jì)算方便，將其省略。經(jīng)過以上分析計(jì)算，液壓缸的驅(qū)動力為： F 驅(qū)=F 摩+F 密+F 回+F 慣=3640+ F 驅(qū)+ 所以手臂伸縮驅(qū)動力 F 驅(qū)= 4102N 3．9．4 手臂伸縮液壓缸參數(shù)計(jì)算 經(jīng)過上面計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F P=1MPa。F 回——液壓缸回油腔低壓油液所造成的摩擦阻力。式中［σ］——螺釘材料的許用拉應(yīng)力（MPa）d 1——螺釘?shù)闹睆剑╩m）3．9 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算3．9．1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求（1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕（2）臂部運(yùn)動速度要高，慣性要?。?）手臂動作應(yīng)該靈活（4）位置精度要高 3．9．2 臂部的結(jié)構(gòu)選擇 常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)由以下五種：（1）雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿均受拉 壓，故受力簡單傳動平穩(wěn)。ω—— 手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度（rad/s）。（2）用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) 在要求回轉(zhuǎn)角大于 270o 的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)。3．7．5 手抓夾持精度的分析計(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)動穩(wěn)定性 好，并有足夠的抓取能力。又因?yàn)?所以a ——— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離（mm）α——— 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力 F 一定時，α角增大，則握力 FN 也隨之增大，但α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α=30o~40o。3．5．2 機(jī)械手自由度選擇3．6 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)抓重：300N 手臂運(yùn)動參數(shù)： 自由度：4 個 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)式伸縮行程（X）：400mm 伸縮速度： 升降速度： 回轉(zhuǎn)范圍： 回轉(zhuǎn)速度： 手腕運(yùn)動參數(shù)： 回轉(zhuǎn)范圍： 回轉(zhuǎn)速度： 位置檢測： 驅(qū)動方式： 控制方式： 0176。現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，代替人從事 繁重、危險的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于在汽車業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的 工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況不能說是很好的，原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不 能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機(jī)械手工作的范圍很狹小，另外經(jīng)濟(jì)性問題也很重 要，利用機(jī)械手節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸角”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對所抓取的工件 進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確的在機(jī)器中定位、定向。b 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)械手自動裝卸工 件，可實(shí)現(xiàn)自動生產(chǎn)。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊、靈巧，但回轉(zhuǎn)角度小，并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。（2）根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇合適的手部、腕部、臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。心得體會可編程控制器課程設(shè)計(jì)是課程當(dāng)中一個重要環(huán)節(jié)，通過了2周的課程設(shè)計(jì)使我對plc設(shè)計(jì)過程有進(jìn)一步了解，對plc產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識有了深刻的認(rèn)識。當(dāng)系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)時，“連續(xù)”，、進(jìn)而開始程序執(zhí)行，其常閉觸點(diǎn)斷開，開始了下一個周期的執(zhí)行，以此來實(shí)現(xiàn)連續(xù)執(zhí)行。初始步為不活動步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。自動操作方式單步運(yùn)行：每按一次啟動按鈕，設(shè)備前進(jìn)一個工步。2．傳動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU。課程設(shè)計(jì)說明書 PLC及機(jī)械手的選擇和論證 PLC PLC簡介可編程控制器（簡稱PLC）：是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。不會污染環(huán)境，造價低。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。當(dāng)計(jì)時2秒到，狀態(tài)又轉(zhuǎn)移到HR000，程序又重新從第一工步開始循環(huán)。圖5中，“全部輸出禁止”部分的作用是在停止時禁止全部輸出，使機(jī)械手停止在現(xiàn)行的工步上；重新起動時又能從停止前的工步繼續(xù)動作。根據(jù)對機(jī)械手的順序動作要求，可以畫出時序圖如圖2所示。傳送帶A上裝有光電開關(guān)SP，用于檢測傳送帶A上物品是否到位。隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手的設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。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(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5％。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機(jī)分別通過兩線圈控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動運(yùn)動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)(SQ1SQ9)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面： 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實(shí)現(xiàn)自動化。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個方面。1）.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機(jī)械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時間間隔長達(dá)30萬h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。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。機(jī)械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由液壓驅(qū)動，并分別由六個電磁閥來控制。該機(jī)輸入點(diǎn)為12，輸出點(diǎn)為8。 程序運(yùn)行按下起動按鈕SB1，輸入點(diǎn)0000為ON,則作為互鎖條件的輔助繼電器1000為ON，互鎖指令I(lǐng)L接通，IL與ILC之間的線圈正常工作，“全部輸出禁止”解除。5 結(jié)束語本文介紹了日本OMRON公司生產(chǎn)的C系列P型小型多功能PLC在機(jī)械手步進(jìn)控制中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)，金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三有50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。無論進(jìn)行時間控制還是控制或混合控制，都可以通過設(shè)置plc的程序?qū)崿F(xiàn)。通過本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)自己對機(jī)械手和PLC的認(rèn)識，以及它們在生活中廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。機(jī)械手簡述:機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。中途按下停止按鈕，設(shè)備運(yùn)行到原位停止。在非連續(xù)方式。 自動回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)自動回原點(diǎn)程序用起保停電路設(shè)計(jì)。通過此次設(shè)計(jì)過程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用可編程控制器設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識解決工程實(shí)際問題的能力，在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作過程打下基礎(chǔ)。（5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。采用液壓機(jī)構(gòu)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，臂力大，尺寸緊 湊，控制方便。（2）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴(kuò)大和 延伸人的功能。因此這種機(jī)械手具有以下幾方面的性能：（1）能準(zhǔn)確的抓住方位變化的物體。直角坐標(biāo)式機(jī) 械手，占用空間大，工作范圍小，慣性大，一般不多用，只有在自由度較少時才考慮 用。（2）手指應(yīng)具有一定的張開范圍，以便于抓取工件。手指對工件的夾緊力可按下式計(jì)算： 2—— 銷軸 3—— 杠桿式中K1——安全系數(shù)，通常 ~； K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按 K2=1+a/g,其中 a 是重力方向的最大上升加速度，a=Vmax /t 響，g 是重力加速度，g=。機(jī)械手的夾持半徑為 40~60mm,一般夾持誤差不超過 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 手抓長 L=100mm,?。中蛫A角 2θ=120 偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算得 式中 因?yàn)镽o——理論平均半徑 RmaxRoRmin所以△=夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) 180o，綜合以上分析考慮，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn) 缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)。手腕回轉(zhuǎn)所需的總的阻力矩相當(dāng)于上述三項(xiàng)之和，即：設(shè)抓取一根軸，其直徑 D=100mm,長度 l=500mm,m1=50kg,當(dāng)手抓夾持在工件中間位 置回轉(zhuǎn) 180o，將手抓、手抓驅(qū)動液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，長 h=150mm,半徑為 50mm，其所受重力為 G，啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度φ啟=,等速 轉(zhuǎn)動角速度ω=。（4）雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu) 活塞桿速度先慢后快，是用短液壓缸實(shí)現(xiàn)大行程的結(jié)構(gòu)。L——手臂參與運(yùn)動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支