【正文】 =72 取 0H =72mm 7)對 于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對于壓縮彈簧如果長度較大時，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。手抓夾持范圍，手指長 40mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時候，如圖 24所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑 1R =20，當(dāng)張開060 時，如圖 24（ b） 所示，最大夾持半徑 2R 計算如下 [5]： 002 40 ta n 30 20 c os 30 46 m mR ? ? ? ? ? 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 機(jī)械手的夾持半徑從 20— 46mm （ a） (b) 圖 手抓張開示意圖 hand grasp open schemes 彈簧的設(shè)計計算 圓柱形螺旋彈簧受軸向壓縮和軸向拉伸載荷時，彈簧絲的受力情況完全相同，本設(shè)計使用壓縮彈簧，現(xiàn)就壓縮彈簧進(jìn)行設(shè)計計算。 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是 設(shè)計手部的主要依據(jù) [2]。 通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。 3）臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動力機(jī)廠的氣蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機(jī)械手?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結(jié)王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 6 構(gòu)的可拆連接，管道法蘭系指管道裝置中配管用的法蘭，用在設(shè)備上系指設(shè)備的進(jìn)出口法蘭。 當(dāng)工件的一道工序加工完之后，通過按鈕呼叫運(yùn)輸機(jī)器人，機(jī)器人將工件搬到下一道工序，設(shè)計機(jī)器人的手臂長度為導(dǎo)軌與加工完的工件放置位置的距離，使手抓始終在工件的上端，機(jī)械手臂只需上下移動而無需伸縮，手抓始終水平放置，使機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，本機(jī)械手需要 3 個自由度，手臂的上下移動，手抓張合，運(yùn)輸機(jī)器人在導(dǎo)軌上的移動 。 運(yùn)輸機(jī)器人的應(yīng)用簡況 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。目前我國已開始有計劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會獲得快速的發(fā)展。 日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最 多的國家。 中國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根 據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。 “工業(yè)機(jī)器人”（ Industrial Robot）多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置，國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人。 機(jī)器人是一種具有人體 上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類 的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多 關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。自 1969 年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力開展機(jī)器人的研究。 機(jī)器人的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人的設(shè)計生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 圖 21 法蘭盤 flange constructed 本設(shè)計主要有機(jī)身、手臂、機(jī)械手。法蘭上有孔 眼，螺栓使兩法蘭緊連。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%。 2）在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化方面 各類半自動車床，有自動加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，一人看管多臺機(jī)床。 機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運(yùn)動。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。 2)有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 22 機(jī)械手開閉示例簡圖 Fig. 21 flange constructed 選擇手爪的類型及夾緊裝置 手抓張合角 ?? = 060 ，夾取重量為 5Kg。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開。必須對大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計算。選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細(xì)比 0 72b= 324HD ??，本設(shè)計彈簧是 2 端自由，但中間有活塞桿作為導(dǎo)桿，可作為兩端固定考慮。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。 手腕螺栓組的設(shè)計及校核 手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進(jìn)行螺栓組的校核 [6]。螺栓危險刨面的強(qiáng)度條件為 [ ]ca? ? ??? 即 21 []4PQd ?? ? （ 212） 或 1 4 []PQd ???? （ 213） 1 4 1 .3 8 3 3 2 .9 33 .1 4 1 6 0d m m????? 取 d=5mm為公稱直徑的普通螺栓。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。 臂部的設(shè)計方案 根據(jù)本運(yùn)輸機(jī)器人的設(shè)計方案，機(jī)械手臂只需要上下移動，并不需要伸縮。 重力作用在每個螺栓上的力的力 1F =2F = 1202 =60N 翻轉(zhuǎn)力矩 ： M=GL=120? =48NM? 由力矩產(chǎn)生的力 ： 2F =2ML = 482 ?? =800NM ? maxF = 1F + 2F =60+800=860N 螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取 ? = 預(yù)緊力 ： Q= maxF /? =860N/ =1229N 螺釘材料選擇 Q235，取 級， 240s mpa? ? 取安全系數(shù) n= 240[ ] 1 6 01 .5s m pan?? ? ? ? 緊螺栓 連接在裝配時必須將螺母擰緊，所以螺栓螺紋部分不僅受預(yù)緊力 PQ 所產(chǎn)生的拉應(yīng)力的作用，同時還收螺紋副間的摩擦力矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。 機(jī)身的整體設(shè)計 機(jī)身承載著手臂， 升降運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成部分。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計 22 圖 210 機(jī)身的結(jié)構(gòu) Fig. 210 the structure of the fuselage 手臂偏重力矩的計算 圖 62 手臂各部件中心位置圖 Fig. 62 arm parts center locations 1）零件重量 G工 件、 G爪、 G腕、 G臂等。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： GvF gt?? ?總慣 8 0 9 .8 0 .0 6 7 2689 .8 0 .0 2 ms Ns????? 2） F摩的計算 12 RF F f?摩 128 0 9 . 8 0 . 4 9 2 25070 . 1 5 7RR G K g N K g mF F Nhm? ??? ? ? ?總 12 RF F f??摩2? 2507 ? = 3）液壓缸在這里選擇 O 型密封， 所以密封摩擦力可以通過近似估算 ?密 最后通過以上計算 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時， F=3575N 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時， F=3575(8002)=1975N 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=3575N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P=1MPa 1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 211 所示 。采用 B 級絕緣，外殼防護(hù)等級為 IP44，冷卻方式為 I（ 014） 即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。 2） 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。 4） 輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（ PLC）。 20 世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 1）用于邏輯控制 這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。 2） 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng) 由于 PLC 是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時，不必改變 PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。此外還有限位開關(guān) SQ SQ SQ SQ4，分別對應(yīng) X X X X0，當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人處于限位開關(guān)位置時，開關(guān)量接通并將信號傳入 PLC。 圖 32 運(yùn)輸 機(jī)器人工作示意圖 Figure 32 transport robots work schemes 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 編程原理分析 1） 當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開關(guān) SQ1 時， X6 處有呼叫，則將工件搬至 SQ2 處，并停在此處。這些接口測量流量，溫度和壓力的數(shù)量值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。輸出形式選擇為繼電器輸出 ， 因此選擇的 PLC 型號為 FX2N48MR。選擇自動回原點(diǎn)方式時 X11 為 ON，將調(diào)用回原點(diǎn)程序。系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位。運(yùn)輸機(jī)器人工作效率高，工作能力強(qiáng)，工作時間長，從而能提高經(jīng)濟(jì)效益。本文就設(shè)計過程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法 ,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ,對 PLC 讀、寫 ,事件響應(yīng)等通信時間可進(jìn)行精確的控制 ,取得 了良好的效果 . 隨著 機(jī)器人 應(yīng)用的普及， 機(jī)器人 向著專用化，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展， 機(jī)器人 的動作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展，在 PLC 控制的過程中 ,還有許多的問題需要解決， PLC 在機(jī)械手開發(fā)中的開發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 參考文獻(xiàn) [1] 孫志禮 ,冷興聚 ,魏延剛 .機(jī)械設(shè)計 .沈陽 :東北大學(xué)出版社 ,2021. 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