【正文】 ....................... 8 手部結(jié)構(gòu) .......................................................................................................................... 9 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ........................................................................................................10 腕部的結(jié)構(gòu) ............................................................................................................ 11 臂部的結(jié)構(gòu) ...........................................................................................................14 導(dǎo)向裝置 .............................................................................................................15 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ......................................................................................................17 3 機(jī)械手的液壓部分 ........................................................................................................................ 19 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ..................................................................................................................19 液壓系統(tǒng)的組成 ..............................................................................................................19 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 .............................................................................................19 壓力控制回路 ....................................................................................................19 速度控制回路 ....................................................................................................20 方向控制回路 ......................................................................................................20 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) ........................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 可編程序控制器的使用步驟 .............................................................................................29 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。 ① 手部 即與物件接觸的部件。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 用負(fù)壓吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)吸料，其吸盤(pán)的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。機(jī)械手的立往通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。通用機(jī)械手的工作范圍大、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)化的生產(chǎn)。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓 重一般在 30 公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3) 按控制方式分 ① 點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 7)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少 工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度 177。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用，機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門(mén)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 ② 手指間應(yīng)有一定的 開(kāi)閉角兩個(gè)手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 P，并通過(guò)銷軸中心 O 點(diǎn)，兩手指 1 的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為 P P2，其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1和 OO2并指向 O點(diǎn)， P1和 P2 的延長(zhǎng)線交 O1O2于 A及 B，由于 △ O1OA和 △ O2OA均為直角三角形，故 ∠ AOC=∠ BOC=α。這里取角 α=30度。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： ① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。m） 式中 ?——啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（ rad） 。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： ① 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。 1）手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手臂的伸縮、升降及橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。 圖 4 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎 曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時(shí)，活塞杠 4 做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體 2 固定在旋轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)活塞缸 5 通壓力油時(shí)，其缸體就帶動(dòng)滑臺(tái) 1，沿著燕尾形滑座 2 做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 W (N) 式中 Fm——各支承處的摩擦力（ N）； Fg——啟動(dòng)時(shí)慣性力（ N）可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算； W——臂部運(yùn)動(dòng)部件的總重量（ N）； 177。 ?——回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（ rad/s） 。壓力油經(jīng)過(guò)管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于 360176。 ③ 減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。交流電磁閥起動(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。 → 拔定位銷 → 手臂回轉(zhuǎn) 115176。 手臂升降油缸支路設(shè)置有單向順序閥（ XI63B），可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在湖北科技職業(yè)學(xué)院 第 22 頁(yè) 共 40 頁(yè) 活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦贰? 下面以上料機(jī)械手的一個(gè)典型動(dòng)作程序?yàn)槔?，結(jié)合圖 8 來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作循環(huán)。當(dāng)橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的碰鐵碰到行程開(kāi)關(guān)，使 13DT 斷電，并發(fā)出電信號(hào)經(jīng)步進(jìn)選線器跳步使 6DT 通電，則換向閥 18 右邊接通油路，壓力油通過(guò)單向調(diào)速閥 19 的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手腕回轉(zhuǎn) 115176。（機(jī)械手復(fù)位）。活塞桿工作時(shí)主要承受拉力或壓力，因此活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算可近似的視為直桿拉、壓強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題，即 ? = 42?dP≦ ??? 即 d ≧ ? ???P4 厘米 對(duì)于手臂伸縮油缸： d =30mm， 對(duì)于手指夾緊油缸： d =15mm ，對(duì)于手臂升降油缸： d=50mm , 對(duì)于立柱橫移油缸 :d=16mm 無(wú)桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸） 湖北科技職業(yè)學(xué)院 第 26 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 10 齒條活塞缸計(jì)算簡(jiǎn)圖 ① 流量、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 Q = 1332 ?? dD 當(dāng) D=103mm,d=40mm,? = rad/s 時(shí) Q = 952N ② 作用在活塞上的總機(jī)械載荷 P P = P 工 + P 封 + P 慣 + P 回 其中 P 工 為工作阻力 P 封 密封裝置處的摩擦阻力 P 慣 慣性阻力 P 回 背壓阻力 P = 66+108+208=382（ N） ③ 油缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)作用在齒條活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力與總機(jī)械載荷的平衡條件，求得 : D = pP?4 （厘米） D = 45mm 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 在液壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手腕、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的另一種常用機(jī)構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡(jiǎn)稱回轉(zhuǎn)油缸，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如下： 湖北科技職業(yè)學(xué)院 第 27 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 11 回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算簡(jiǎn)圖 ① 流量、驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 當(dāng)壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動(dòng)片以角速度 ? 運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量 Q為： Q = 400 )(322 ?dDb ? 當(dāng) D=100mm,d=35mm,b=35mm, ? = rad/s 時(shí) Q= /s 回轉(zhuǎn)油缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩 M： M = 8 )(22 dDpb ? 得 M = (N為此采用 了循環(huán)掃描的工作方式。 第一階段是初始化處理。m) ③ 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得： 湖北科技職業(yè)學(xué)院 第 28 頁(yè) 共 40 頁(yè) D = 28 dbpM? （厘米 ) D = 30mm 4）油泵的選擇 一般的機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，大多采用定量油泵，油泵的選擇主要是根據(jù)系統(tǒng)所需要的油泵工作壓力 p 泵 和最大流量 Q 泵來(lái)確定。 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 計(jì)算的主要內(nèi)容是，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的輸出力和運(yùn)動(dòng)速度，確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸和所需流量、確定液壓系統(tǒng)所需的油壓與總的流量，以選擇油泵的規(guī)格和選擇油泵電動(dòng)機(jī)的功率。經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵 9DT 通電，換向閥 28 右邊通道接通油路，壓力油經(jīng) QI（ 31）的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔使手臂回轉(zhuǎn) 115176。 當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于 1150℃ 的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號(hào)（或經(jīng)過(guò)人工啟動(dòng)），經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開(kāi)始按程序動(dòng)作。當(dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入升降油缸下腔而不會(huì)被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。 上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過(guò)節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn) 動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量 Q。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 ③ 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、