【正文】 計說明書課程設(shè)計說明書附錄2 自動回原點程序梯形圖：課程設(shè)計說明書課程設(shè)計說明書第四篇：plc機械手控制拓展機械手論文專業(yè)：機電一體化學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：指 導(dǎo) 教 師：完 成 日 期： 目錄摘要??????????????????Ⅱ 1 2 3緒論????????????????????????????????1 機械手設(shè)計要求???????????????????????????1 機械手總體設(shè)計方案?????????????????????????1 機械手的組成??????????????????????????1 執(zhí)行機構(gòu)??????????????????????????1 驅(qū)動機構(gòu)??????????????????????????2 控制機構(gòu)??????????????????????????2?????????????????????2 機械手的主要特點????????????????????????2??????????????????????3???????????????????3 機械手坐標(biāo)形式選擇?????????????????????3 機械手自由度選擇??????????????????????4 機械手的規(guī)格參數(shù)?????????????????????4 機械手手部設(shè)計計算???????????????????????5 手部設(shè)計基本要求??????????????????????5 手部力學(xué)分析????????????????????????5 夾緊力與驅(qū)動力的計算????????????????????7 手抓夾持范圍計算??????????????????????9 手抓夾持精度的分析計算??????????????????10 機械手腕部設(shè)計計算??????????????????????11 腕部設(shè)計基本要求?????????????????????11 腕部的結(jié)構(gòu)選擇??????????????????????12 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算?????????????????????12 腕部工作壓力計算?????????????????????14 液壓缸蓋螺釘計算?????????????????????15 動片和輸出軸聯(lián)接螺釘計算?????????????????16 機械手臂部設(shè)計計算??????????????????????17III 臂部設(shè)計的基本要求????????????????????17 臂部的結(jié)構(gòu)選擇??????????????????????17 手臂伸縮驅(qū)動力計算????????????????????18 手臂伸縮液壓缸參數(shù)計算??????????????????19 機身升降機構(gòu)計算???????????????????????21 手臂偏重力矩計算????????????????????21 升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件?????????????????22 手臂升降驅(qū)動力計算???????????????????23 手臂升降液壓缸參數(shù)計算?????????????????24 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)計算???????????????????????25 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算???????????????25 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計算?????????????????26 液壓缸蓋螺釘計算????????????????????27 動片和輸出軸聯(lián)接螺釘計算????????????????28 結(jié)論?????????????????????????????29 致謝??????????????????????????????30 參考文獻(xiàn)????????????????????????????31緒論機械手結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計摘 要在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯 著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，本設(shè)計通過對機械 手各主要組成部分（手部、手腕、手臂和機身等）分析，從而確定各主要組成部分的 結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對機械手進(jìn)行設(shè)計計算，從而確定裝配總圖。機械手總體設(shè)計方案3．1 機械手的組成工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。3．1．3 控制機構(gòu) 在機械手控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種，大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點動控制，也有用 PLC 進(jìn)行控制，主要控制的是坐標(biāo)位置。（3）由于機械手的動作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可避免人 為的操作錯誤。（2）能判斷對象的重量。圓柱坐標(biāo)式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性大，結(jié)構(gòu)簡單。（3）在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減 輕手臂負(fù)載。Vmax——運載時工件最大上升速度； t 響——系統(tǒng)達(dá)支最高速度的時間，一般選取 ~； K3——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇； G——被抓取工件所受重力； 表 1 驅(qū)動力與液壓缸工件壓力關(guān)系圖作用在活塞上外力 F(N)50000 ~ ~ ~液壓缸工件壓力 MPa液壓缸工作壓力 MPa設(shè) a=40mm,b=80mm,α=30o,機械手達(dá)到最高響應(yīng)時間 ,夾緊力 FN,驅(qū)動力 F 和驅(qū)動 液壓缸的尺寸。3．8 機械手腕部設(shè)計計算3．8．1 腕部設(shè)計的基本要求（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)，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)、重量和運轉(zhuǎn)性能，因此，在腕部設(shè) 計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。3．8．3 腕部回轉(zhuǎn)力的計算 腕部在回轉(zhuǎn)時一般需要克服以下三種阻力：（1）腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 M 摩 為簡化計算，一般取 M 摩= 總力矩（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 M 偏式中G1——夾持工件重量（N）。圓柱體重力 因為手抓夾持在工件中間位置，所以工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離為 0，即 e 等于 0，所以 M 偏=G1e=0。（5）活塞桿和齒輪齒條機構(gòu) 手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)的，齒條的往復(fù)運動帶動與手臂聯(lián)接 的齒輪做往復(fù)回轉(zhuǎn)而使手臂左右擺動?！?dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面形狀有關(guān)。由力平衡條件得：所謂不自鎖條件為：即因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導(dǎo)套長度大于 391mm。所以（2）M 密與 M 回的計算 為了計算方便，密封處的摩擦阻力矩 M 密= 驅(qū)，由于回油背差一般非常的小，故 在這里忽略不計，即 M 回=0。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視。本次課題設(shè)計的機械手就是通過PLC來實現(xiàn)自動化控制的。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控。動作復(fù)雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進(jìn)行控制 機械手控制方式的選擇 控制方式的分類傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：(1)僅適合于簡單的邏輯控制；(2)僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；(3)沒有改動和優(yōu)化的可能性。 機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。3．11．4 動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘由得式中 f——被聯(lián)接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對銅取 f= D——動片外徑(mm)d——動片與輸出軸配合處直徑(mm)FQs——動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘?shù)念A(yù)緊力(N)b——動片寬度(mm)P——回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力(Pa)結(jié)論通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了機械手的很多相關(guān)知識，使我了解了當(dāng)前國內(nèi)外 在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手 的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的分析，掌握了一定的機械設(shè)計方面的知識，為以后的工作學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。G 總（1）F 摩的計算所以（2）F 慣的計算 經(jīng)計算 式中Δv——由靜止加速到常速的變化量(mm/s)。Δt——啟動過程時間（t），一般取 ~。3．9．3 手臂伸縮驅(qū)動力計算 伸縮液壓缸活塞驅(qū)動力的計算公式為： F 驅(qū)=F 摩+F 密+F 回+F 慣 式中 F 摩——手臂運動時，為運動件表面間的摩擦阻力。表 3 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列（JB106867）液壓缸內(nèi)徑 20 鋼 P≤160MPa 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200168 146 180 194 219 245鋼 P≤200 MPa 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 由于實際回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩 M 總力矩，即：式中 M 總力矩——手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩（）P——回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（Mpa）R——缸體內(nèi)孔半徑（mm）r——輸出軸半徑（mm）b——動片寬度（mm）所以 所以腕部回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為： 工作壓力 P 1MPa 缸體內(nèi)徑 R 110mm 輸出軸半徑 r 回轉(zhuǎn)力矩 M 動片寬度 b 66mm3．8．5 液壓缸蓋螺釘計算 表 4 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 工作壓力 P（MPa）~ ~ ~ ~ 螺釘?shù)拈g距 t(mm)直徑（mm）FQs180。（3）克服啟動慣性所需的力矩 M 慣 啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度ω及啟動所需時間 t 啟，按下式計 算：或者根據(jù)腕部角速度ω及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度φ啟計算：式中 J 工件——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（）。（3）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。（3）取 η=（4）確定液壓缸的直徑 D選取活塞直徑 d=,選擇液壓缸工作壓力 P=~根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666）,選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=50mm 則活塞桿直徑為：d==5=：液壓缸內(nèi)徑 D 50mm 活塞桿直徑 d 25mm 工作壓力 p 驅(qū)動力 F 手抓夾持范圍計算為了保證手抓張開角為 120o，設(shè)手抓長為 100mm，當(dāng)手抓沒有張開角的時候，根 據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑 Rmin=40mm,當(dāng)張開角為 120o 時，根據(jù)雙支點回轉(zhuǎn)型 手抓的誤差分析，取最大夾持半徑 Rmax=60mm。3．7．2 手部力學(xué)分析 通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指雙支點回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿式，夾緊裝置 采用常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而手抓張開。球坐標(biāo)式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體。（4）抓空或抓力不足時能檢測出來。（5）采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。3．2 機械手在生產(chǎn)中的作用機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下幾個方面：（1）（2）建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線。傳力機構(gòu)形式也很多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條式、絲杠 螺母式、彈簧式、重力式。關(guān)鍵詞：機械手，設(shè)計，手部，手腕，手臂，機身，結(jié)構(gòu)工業(yè)機械手設(shè)計是機械制造、機械設(shè)計等方面的一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技 術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課以后的一次綜合設(shè)計，通過這一環(huán)節(jié)把有關(guān)課程中所獲得的理 論知識在實際中綜合的加以應(yīng)用，使這此知識能夠得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和 生產(chǎn)密切的結(jié)合起來，通過設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力樹立正確的設(shè)計思想，掌握機 械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟，為自動機械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。返回原點后，原點條件滿足，為進(jìn)入自動工作方式作好準(zhǔn)備。單周期、連續(xù)和單步工作方式主要用“連續(xù)”“轉(zhuǎn)換允許”，~、夾緊、上升、右行、下降，松開、上升、左行標(biāo)志。主程序梯形圖為：圖21 主程序梯形圖 公用程序設(shè)計公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同的工作方式之間相互切換的處理。硬件電路設(shè)計及描述 操作方式設(shè)備的操作方式一般可分為手動和自動兩大類，手動操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整，自動操作方式用于設(shè)備的自動運行。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。機械手能實現(xiàn)手動、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。工作環(huán)境適應(yīng)性好。自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。第二篇：機械手PLC控制程序附錄3：：：：：：：：：:第三篇：plc機械手課程設(shè)計課程設(shè)計說明書目錄 引言.................................................................5 2 設(shè)