【正文】 度和機(jī)械手整體座標(biāo)的形式。 最后使用軟件對(duì)機(jī)械手 PLC 控制仿真。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為工業(yè)機(jī)械手。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。 機(jī)械 手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司 也試驗(yàn)成功一種叫 Versatran 機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。智能機(jī)械手約為 17億日元，為 1978 年的 6 倍。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。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。國(guó)內(nèi)這類(lèi)生產(chǎn)線很多，如沈陽(yáng)永泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類(lèi)），大連電機(jī)廠的 4 號(hào)和 5 號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線（軸類(lèi)），上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線（盤(pán)類(lèi)）等。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國(guó)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(jī)械手成一定角度布置早爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)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(yùn)動(dòng)。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采 用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤(pán)磁帶、穿孔卡等記錄程序。 4 機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)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(yīng)用。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 :機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 。在本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶 A 上的物品搬運(yùn)到傳送帶 B。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 （ 3）平面平移型。 通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)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(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)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(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)。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是 2 端自由，根據(jù)下列選?。? 當(dāng)兩端固定時(shí)， ,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，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(zhǎng)度 1000mm，重量 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)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(dòng)它們作空 間運(yùn)動(dòng)。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 一、 臂部應(yīng)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(gè)途徑： 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 分析： 摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。 經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力： 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)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(jì)算，如圖 所示 圖 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔， 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， 液壓缸的有效面積： 故有 （無(wú)桿腔） （有桿腔） F 6210N， ，選擇機(jī)械效率 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表 41（ JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D 65mm. 液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 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(jì)算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來(lái)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(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，需要螺釘來(lái)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(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。 （ 1）的計(jì)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(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。單向閥起單向過(guò)流和系統(tǒng)保壓作用。 （ 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。 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。 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 根據(jù)圖 作如下程序流程圖： 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 編程軟件編寫(xiě)的。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。 參考文獻(xiàn) 劉明保 ，呂春紅等 .機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定 .河南高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào) , 李超，氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā) .陜西科技大學(xué)， 2021 陸祥生 ，出版社 , ：北京理工大學(xué)出版社 ,1992 史國(guó)生 .PLC 在機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用 .中國(guó)工控信息網(wǎng) , 出版社 , 蔡自興 .機(jī)械人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略 .機(jī)械人技術(shù) ,2021， 4 與密封 ,1999， 4 金茂青，曲忠萍，張桂華 .國(guó)外工業(yè)機(jī)械人發(fā)展的態(tài)勢(shì)分析 .機(jī)械 人技術(shù)與應(yīng)用 ,2021， 2 王雄耀 .近代氣動(dòng)機(jī)械人（機(jī)械手）的發(fā)展及應(yīng)用 .液壓氣動(dòng)與密封 ,1999，5 與機(jī)床， 2021. 張軍， 封志輝 .多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) .機(jī)械設(shè)計(jì) ,： 21 濮良貴，紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì)，第七版 .北京：高等教育出版社 , 王國(guó)強(qiáng) . 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在 ADAM S 上的實(shí)踐 [M ]. 西安 : 西北工業(yè)大學(xué)出版社 , 2021. 王成，王效月 .虛擬樣機(jī)技術(shù)及 ， 2021， 6 李軍 .ADAMS 實(shí)例教程 .北京： 北京理工大學(xué)出版社 .2021 ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. 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Durstewitz,M 。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴(yán)于 律己寬以待人的做人風(fēng)范是作者終身學(xué)習(xí)的榜樣。下面的程序在 STEP7 中編譯完全通過(guò)，無(wú)任何錯(cuò)誤。在此說(shuō)明下本設(shè)計(jì)要用到的 TON 無(wú)記憶定時(shí)器，按定時(shí)精度有 1ms,10ms,100ms 三個(gè)等級(jí)，其中 1ms 的定時(shí)器編號(hào)為 T32， T96； 10ms 的有 T33~T36,T97~T100。 （ 3）通用性強(qiáng) 各個(gè) 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(hù)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(jì)情況及散熱效果而定。 5 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。在同等功率的情況下，液壓裝置的體積小．重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。近似估算為 。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一 個(gè)長(zhǎng) 1800mm，直徑為 60mm 的圓柱體，質(zhì)量角度 180，則起動(dòng)角速度 ，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為 。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。 分析： 經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。常用的機(jī)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(qiáng)度足夠。 圖 機(jī)械手臂部受力示意 計(jì)算如下： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，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(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。 合理布置作用力的位置和方向。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 代入： 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)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(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題 后，其外徑為 226mm；動(dòng)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(dòng)的兩個(gè)自由度。 （ 3） 必須考慮工作條件 對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。 8 .疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。 圖 手抓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。可近似按下式估其中a，重力方向的最大上升加速度； ――運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 ――系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一 ―― 方位系數(shù)，根據(jù)手指與 工件位置不同進(jìn)行選擇。 手爪的力學(xué)分析 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖 （ a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。常用的工業(yè)機(jī)械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類(lèi)。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。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由 4 個(gè)大部件和 5 個(gè)液壓缸組成：（ 1）手部，采用一個(gè)直線液壓缸，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。 機(jī)械手基本形式的選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4 種 : 1 直角坐標(biāo)型機(jī)械手 。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 6 當(dāng)代遙控機(jī)器人系