【正文】 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。 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。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 。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車(chē)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。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。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。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。 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。 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。 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。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。 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。 重慶科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于 PLC 控制的輕型 平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)電普 20xx03 學(xué)生姓名 梅武斌 學(xué)號(hào) 20xx440848 指導(dǎo)教師 王曉梅 職稱(chēng) 講 師 評(píng)閱教師 黎澤倫 職稱(chēng) 副教授 20xx 年 6 月 1 日 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明 本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成 果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用其材料。 chapter second to sixth chapters on the structure of the manipulator design。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(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)。商名為 Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng) )。1 毫米。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比1978 年增長(zhǎng) 50%。研究安裝各種 傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。據(jù)資料介紹，美國(guó)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(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上建有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。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“程序通用機(jī)械手 ” ，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化 ： 由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) ； 國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。根據(jù) 機(jī)械 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 計(jì)算結(jié)果，繪制機(jī)械手的整體裝配圖。通用機(jī)械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)圖 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 圖 機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式 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) 7 械傳遞的。其主要特點(diǎn)是介質(zhì)來(lái)源方便，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低 。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ， 不適合用于本方案。杠桿形手指 1 的一端裝有 V 形指，另一端開(kāi)有長(zhǎng)滑槽。 ? — 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 （ 1） 設(shè) K1= K2=1+ab =1+ ? = K3= 根據(jù)公式 ， 將已知條件帶入 ： ? FN=? ? ? 50= （ 2） 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得 ： Fm= ?? o s1 0 0502 2 ??? = （ 3） 取 η= F= ??mF= （ 4） 選取 氣壓缸 初選 氣 壓缸 型號(hào)為 QGX，其 內(nèi)徑 D=12mm，工作壓力 ～ ，介質(zhì)溫度 5℃ ～60℃，當(dāng)壓力為 MPa 時(shí)，理論輸出力為 50N，行程范圍 6～ 60mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件 ， 把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用 性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿(mǎn)足工作的要求。 圖 。 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖 所示，定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。 3176。m) （ 2） 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩為 M偏 ，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)重合， e1=0，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn) e3=50mm， 則 M偏 = G1 e 1+ G3 e 3 =10 10 0+5 10 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 =（ N手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮 與 升降。 3） 臂部應(yīng)滿(mǎn)足工作要求 。 K1K 向2 1導(dǎo)向裝置 2定位裝置 圖 手臂結(jié)構(gòu)圖 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 查看氣缸標(biāo)準(zhǔn)系列表， 尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用 QGAⅡ 型氣缸 ，尺寸系列初選內(nèi)徑為 φ 50，壓力為 時(shí)輸出力為 78N，行程范圍 0～ 500mm，選行程 l=500mm，該氣缸各項(xiàng)參數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求。 1 2 1齒條 2齒輪 圖 手臂雙氣缸齒輪齒條機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)與校核 初 步選取 兩氣缸 型號(hào) 為 QGA，內(nèi)徑設(shè)為 50mm，半徑 R=25mm，查氣缸技術(shù)規(guī)格表，氣缸行程 l1≤ 300mm， 齒輪直徑初步選用 D=100mm， 齒輪軸旋轉(zhuǎn) 0～ 180176。m) 總力矩 M驅(qū) =M慣 +M磨 =+ =67(N重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 控制回路設(shè)計(jì) 23 7 控制回路設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 圖 所示為該機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。 手臂運(yùn)行角速度 ? =90176。 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 氣缸初選 QGA型氣缸， 氣 缸 行程 為 40mm，氣缸內(nèi)徑 選 為 D=100mm， 半徑 R=50mm，壓強(qiáng) P=，則驅(qū)動(dòng)力 20G p R??? = 620 .4 1 0 3 .1 4 0 .0 5? ? ? =3140(N) 1）測(cè)定手腕的質(zhì)量為 20kg，則重力 G=mg =20? 10 =200（ N） 2）設(shè)加速度 a=5m/s2， 則慣性力 1G ma? =20? 5 =100(N) 3）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) k=，則 1mG k G?? =? 100 =10（ N） ∴ 總受力 1pmG G G G? ? ? =200+100+10 =310（ N） 0pGG? 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。 手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本課題所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手手臂采用一個(gè)直線(xiàn)氣缸實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮，采用直線(xiàn)氣缸實(shí)現(xiàn)手臂的升降 。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。m） （ 4）回轉(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(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。mm， 氣缸運(yùn)行角速度 ω=45176。 當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時(shí) ， 推動(dòng)輸出軸作逆時(shí) 4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b孔排出。cm)； 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 M 慣 — 慣性力矩 (N 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。 βθ 圖 手爪 夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為 17mm。 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 11 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。滑槽式杠桿式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定心精度與滑 槽的制造精度有密切關(guān)系。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) ， 這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。本課題設(shè)計(jì)在手臂上加有定位擋塊和緩沖擋塊，且定位擋塊和緩沖擋塊位置連續(xù)可 調(diào)，這樣既保證了位置精度，又可滿(mǎn)足不同規(guī)格工作的需要。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。 （ 4）電力傳動(dòng)機(jī)械手，它是由特殊設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)、直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手