【正文】 度和機械手整體座標的形式。 最后使用軟件對機械手 PLC 控制仿真。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。 機械 手首先是從美國開始研制的。 1962 年美國機械鑄造公司 也試驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。智能機械手約為 17億日元，為 1978 年的 6 倍。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。國內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4 號和 5 號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進出料自動化。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采 用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。 4 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 。在本章中對機械手的座標形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。圖中機械手的任務(wù)是將傳送帶 A 上的物品搬運到傳送帶 B。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。 （ 3）平面平移型。 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。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比，本設(shè)計彈簧是 2 端自由，根據(jù)下列選?。? 當兩端固定時， ,當一端固定；一端自由時，；當兩端自由轉(zhuǎn)動時。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑 120mm，其重力估算 G 擦力矩。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空 間運動。 臂部設(shè)計的基本要求 一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。減少慣量具體有 3 個途徑： 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 手臂摩擦力的分析與計算 分析： 摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。 經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力： 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 6210N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P 2MPa 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 所示 圖 雙作用液壓缸示意圖 當油進入無桿腔， 當油進入有桿腔中， 液壓缸的有效面積： 故有 （無桿腔） （有桿腔） F 6210N， ，選擇機械效率 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表 41（ JB82666），選擇標準液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D 65mm. 液壓缸外徑的設(shè)計 根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm. 活塞桿的計算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。為了設(shè)計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。 活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。 ――手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（）。 經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示，內(nèi)徑為 150mm，外徑為 230mm，輸出軸徑為 50mm 圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。 （ 1）的計算 設(shè)定速度為 V 4。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。 4 液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它對液體的壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。單向閥起單向過流和系統(tǒng)保壓作用。 （ 2）編程簡單 PIC 最常用的編程語言是梯形圖語言，梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。 PLC 選擇及 I/O 分配 本設(shè)計采用西門子公司生產(chǎn)的 S― 200 系列 PLC，型號為 CPU226 ，本機 I/O為： 24 入 /16 出，類型為：繼電器，輸出電壓為ＤＣ：２４Ｖ，ＡＣ：２４Ｖ～ ２３０Ｖ，輸出電流為２Ａ。 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 說明 功能 地址 說明 啟動 啟動按鈕 SB1 接入 原位指示 接 指 示 燈 HL 上限位 信號 SQ1 接入 上升 接電磁閥 YV1 下限位 信號 SQ1 接入 下降 接電磁閥 YV2 伸限位 信號 SQ1 接入 伸長 接電磁閥 YV3 縮限位 信號 SQ1 接入 縮回 接電磁閥 YV4 停止 啟動按鈕 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 機械手 PLC 控制接線圖 具體機械手動作的執(zhí)行順序如下： 上升 伸長 夾緊 縮回 手腕左擺 手臂左擺 下降 松開工件 上升 手腕右擺 手臂右擺 下降 動作執(zhí)行的具體位置如圖 8― 2 所示： 圖 機械手動作分解圖 PLC 程序設(shè)計及仿真 根據(jù)圖 作如下程序流程圖： 圖 機械手程序流程圖 本程序設(shè)計是在西門子 STEP7Micro/WIN 編程軟件編寫的。相信這對以后的生活和學習都將產(chǎn)生非常積極的影響。 參考文獻 劉明保 ，呂春紅等 .機械手的組成機構(gòu)及技術(shù)指標的確定 .河南高等?？茖W校學報 , 李超，氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā) .陜西科技大學， 2021 陸祥生 ，出版社 , ：北京理工大學出版社 ,1992 史國生 .PLC 在機械手步進控制中的應用 .中國工控信息網(wǎng) , 出版社 , 蔡自興 .機械人學的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略 .機械人技術(shù) ,2021， 4 與密封 ,1999， 4 金茂青，曲忠萍，張桂華 .國外工業(yè)機械人發(fā)展的態(tài)勢分析 .機械 人技術(shù)與應用 ,2021， 2 王雄耀 .近代氣動機械人（機械手）的發(fā)展及應用 .液壓氣動與密封 ,1999，5 與機床， 2021. 張軍， 封志輝 .多工步搬運機械手的設(shè)計 .機械設(shè)計 ,： 21 濮良貴，紀名剛 .機械設(shè)計，第七版 .北京：高等教育出版社 , 王國強 . 虛擬樣機技術(shù)及其在 ADAM S 上的實踐 [M ]. 西安 : 西北工業(yè)大學出版社 , 2021. 王成，王效月 .虛擬樣機技術(shù)及 ， 2021， 6 李軍 .ADAMS 實例教程 .北京： 北京理工大學出版社 .2021 ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. 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Durstewitz,M 。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、嚴于 律己寬以待人的做人風范是作者終身學習的榜樣。下面的程序在 STEP7 中編譯完全通過，無任何錯誤。在此說明下本設(shè)計要用到的 TON 無記憶定時器，按定時精度有 1ms,10ms,100ms 三個等級，其中 1ms 的定時器編號為 T32， T96； 10ms 的有 T33~T36,T97~T100。 （ 3）通用性強 各個 PLC 的生產(chǎn)廠家都有其各種系列化產(chǎn)品、各種模塊供用戶選擇。為減少回油阻力，電磁閥回油口可統(tǒng)一接到或部分直接接回油箱，這根據(jù)具體管路設(shè)計情況及散熱效果而定。 5 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。在同等功率的情況下，液壓裝置的體積?。亓枯p，結(jié)構(gòu)緊湊。近似估算為 。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一 個長 1800mm，直徑為 60mm 的圓柱體，質(zhì)量角度 180，則起動角速度 ，起動時間設(shè)計為 。這種結(jié)構(gòu)是導向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。常用的機身結(jié)構(gòu)有以下幾種： 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。 結(jié)論： 活塞桿的強度足夠。 圖 機械手臂部受力示意 計算如下： 由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。 合理布置作用力的位置和方向。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在下一章敘述。 （ ） 查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： 代入： 腕部驅(qū)動力的計算 表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41 設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R 110mm，外徑根據(jù)表 32 選擇 121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題 后，其外徑為 226mm；動片寬度 b 66mm,輸出軸 r 示如圖 所示。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。 （ 3） 必須考慮工作條件 對于本設(shè)計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。 8 .疲勞強度和應力強度的驗算。 圖 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度； ――運載時工件最大上升速度 ――系統(tǒng)達到最高速度的時間，一 ―― 方位系數(shù)，根據(jù)手指與 工件位置不同進行選擇。 手爪的力學分析 下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學分析：滑槽杠桿 圖 （ a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。常用的工業(yè)機械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。 本設(shè)計機械手主要由 4 個大部件和 5 個液壓缸組成：（ 1）手部，采用一個直線液壓缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。 機械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標形式大致可以分為以下 4 種 : 1 直角坐標型機械手 。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 6 當代遙控機器人系