【正文】 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。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。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(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類(lèi)工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。如上海第二汽車(chē)配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位機(jī)床）和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。（4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。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。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。計(jì)算公式： （）（力學(xué)性精確能高） （）結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于）。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量60Kg，回轉(zhuǎn)。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。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。（2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算： ()D=151mm既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為150mm,(不是最終尺寸)，再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮?，F(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算：總共=33Kg+++= (2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。其結(jié)構(gòu)參看本章開(kāi)始的——。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘500次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘1000次。壓力繼電器起過(guò)壓發(fā)訊作用。PLC的向可靠性已受到用戶的普遍認(rèn)可。一般PLC都具有自診斷、故障報(bào)警、故障種類(lèi)顯示等功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易通過(guò)更換模塊插件來(lái)迅速排除故障。移位寄存器的特點(diǎn)如下：N要小于64，具體由程序指定當(dāng)N0時(shí)，為正向移位，即從最低位向最高位移位；當(dāng)N0時(shí)，為反向移位，即從最高位向最低位移位。機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)手臂的水平伸縮、垂直升降、回轉(zhuǎn)，手腕旋轉(zhuǎn)，手爪抓取等功能，基本滿足設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)性能。相信這對(duì)以后的生活和學(xué)習(xí)都將產(chǎn)生非常積極的影響。具體I/O分配如下表所示：表81 I/O分配表輸入部分輸出部分功能地址說(shuō)明功能地址說(shuō)明啟動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB1接入原位指示接指示燈HL上限位信號(hào)SQ1接入上升接電磁閥YV1下限位信號(hào)SQ1接入下降 接電磁閥YV2伸限位信號(hào)SQ1接入伸長(zhǎng)接電磁閥YV3縮限位信號(hào)SQ1接入縮回接電磁閥YV4停止啟動(dòng)按鈕SB2接入手臂左旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV5手臂右旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV6手腕左旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV7手腕右旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV8手爪夾/松接電磁閥YV9具體S7—200CUP226的結(jié)構(gòu)接線如下圖所示圖 機(jī)械手PLC控制接線圖具體機(jī)械手動(dòng)作的執(zhí)行順序如下：上升 伸長(zhǎng) 夾緊 縮回 手腕左擺 手臂左擺 下降 松開(kāi)工件 上升 手腕右擺 手臂右擺 下降動(dòng)作執(zhí)行的具體位置如圖8—2所示：圖 機(jī)械手動(dòng)作分解圖 PLC程序設(shè)計(jì)及仿真 ：12手爪夾緊延時(shí)T37延時(shí)T38延時(shí)T39手爪松開(kāi)延時(shí)T40延時(shí)T41延時(shí)T423456789101112,，燈HL亮圖 機(jī)械手程序流程圖 本程序設(shè)計(jì)是在西門(mén)子STEP7Micro/WIN 。 PLC選擇及I/O分配本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S—200系列PLC，型號(hào)為CPU226 ，本機(jī)I/O為：24入/16出，類(lèi)型為：繼電器，輸出電壓為ＤＣ：２４Ｖ，ＡＣ：２４Ｖ～２３０Ｖ，輸出電流為２Ａ。（2）編程簡(jiǎn)單 PIC最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言，梯形圖與繼電器原理圖相類(lèi)似，這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，便于廣大現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員掌握。單向閥起單向過(guò)流和系統(tǒng)保壓作用。 (4)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗鼘?duì)液體的壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。由力的平衡條件有=h=即 ==所謂的不自鎖條件為：即 取 () 當(dāng)=1650mm時(shí)，=528mm因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于528mm 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ()式中摩擦阻力， 取f=G——零件及工件所受的總重。危險(xiǎn)截面所以， 所以螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆铰葆數(shù)闹睆竭x擇d=。 ()慣性力矩的計(jì)算 ()式中 ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過(guò)程中=；t——起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s)?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：（1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。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。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。5 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。（2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力(2).選擇旋繞比C=8，則 （）(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑 (4).試算彈簧絲直徑 （）(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （）選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈(6).最后確定，(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，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(zhǎng)100mm,當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開(kāi)時(shí)，（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下： 機(jī)械手的夾持半徑從（a） (b) 手抓張開(kāi)示意圖 機(jī)械手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(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。顯然是不合適的，因此不選擇這種類(lèi)型。（2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。 是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，以及ADAMS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真。其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 控制系統(tǒng)分類(lèi)在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。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)。手腕有獨(dú)立的自由度。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠200t環(huán)類(lèi)沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠400t沖床的下料機(jī)械手等；其一是用于多