【正文】 冊知其驅(qū)動 力計算公式為 NNbF 2020R2 ?????計算 (2) 取機械效率 ?? NFF ??? ?計算實際 (3) （ 3）確定手指張合驅(qū)動液壓缸直徑 D 及活塞桿直徑 d，液壓缸受力分析如圖 所示 . 11 圖 5 液壓缸示意圖 Figure 5 Schematic diagram of hydraulic cylinder 由以上計算知夾緊液壓缸最大工作負載約為 ，由參考文獻 [1]中表 9－ 1選取液壓缸工作壓力 p＝ 1Mpa。 3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，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，以利于減輕手臂的負載。根據(jù)設(shè)計任務(wù)所需，特選定為直角座標式。 （ 3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 工業(yè)機器人以剛性高的手臂為主題，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高。機械手主要由手部機構(gòu)和運動機構(gòu)組成。 20世紀 50年代以后﹐機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門﹐用于在高溫﹑污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料﹐也作為機床的輔助裝置在自動機床﹑自動生產(chǎn)線和加工 4 中心中應(yīng)用﹐完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等作。主要用于加工自動線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。其特點是直觀性好，所占空間位置大。 2）手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度） ? ? ，以便于抓取工件。 a 為機械手在搬運工件過程中的加速度 2/sm 。 13 mmNT ?????? 2 7 8 9 8 8 51 4 022 R F 實際 3）、查參考文獻［ 2］中表 10－ 7選取齒寬系數(shù)φ d=. 4)、查參考文獻［ 2］中表 10－ 6得知材料的彈性影響系數(shù) ZE=189。按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d＝ 來計算應(yīng)有的齒數(shù)。 (2)偏重力矩要小 所謂偏重力矩是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。39。 mmm FFF ?? （ 3）手臂 Z方向升 降運動慣性力的計算 本設(shè)計要求手臂平動時 s/mm100?V ,在計算慣性力的時候 ,設(shè)置啟動時間st ?? ，啟動速度 sVV /??? ,則 tg vGFg ??? (20) Ntg vGF g 1 8 3 ?? ?????? （ 4） 手臂 Z 方向升降運動所受合力計算 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。 對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速閥的系統(tǒng)還必須加上溢流閥的最小流量，一般取sm / 34?? 。 選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量來確定，本系統(tǒng)工作壓力較小，流量也較小，所以選擇低壓低流量的閥。 （ 4）經(jīng)濟性方面的考慮 1）價格及使用壽命。手臂升降電磁換向閥的額定流量為 min/63 ，調(diào)速閥的額定流量為 min/63 ，實際流量為 min/ ，額定壓力損失 ；手腕回轉(zhuǎn)電磁換向閥的額定流量為 min/10 ，調(diào)速閥的額定流量為 min/6 ，實際流量為 min/ ，額定壓力損失為 ；手指夾緊電磁換向閥的額定流量為 min/10 ，調(diào)速閥的額定流量為 min/6 ，實際流量為 min/ ，額定壓力損失為 。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在 1微秒到幾十微秒之間。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、 I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。一個開關(guān)量I/O 占用存儲單元中的一個位（ bit） , 一個模擬量 I/O占用存儲單元中的一個字（ 16個 bit)。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。可編程序控制器檢查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 （ 3） PLC 電源 PLC 電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項功能。 通用 PLC 應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但 PLC 相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用 戶程序存儲器中。液體在流動時產(chǎn)生的壓力損失包括兩部分，一部分是沿程壓力損失，另一部分是局部壓力損失。 2)對金屬和密封件的相容性。 此液壓系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，取 4?? ，又已知 ? ?min/35 LqP ? ，則： LqV P 140354 ???? ? 25 根據(jù)國際標準 JBT79381995 選用 200L 的油箱。 （ 3）結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝配修理。39。圖 是機械手的手臂受力示意圖，本設(shè)計是雙導向桿，導向桿對稱配置在伸縮桿兩側(cè)。 5 機械手臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 臂部是支承手部和腕部的結(jié)構(gòu)，主要用來改變工件位置的部件。 ?????? ?FFavA KKKKK 5）查取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)。選擇小齒輪材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 240HBS。 手指夾緊力及液壓缸驅(qū)動力的計算液壓缸的選用 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。采用液壓機 構(gòu)驅(qū)動機械手 ,操作力大，體積小，動作平穩(wěn)等優(yōu)點。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。手腕有獨立的自由度。機械手可以完成許多工作，如搬 運 、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。工業(yè)機器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個國家科技發(fā)展和經(jīng)濟實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。 關(guān)鍵詞 ： PLC 控制； 液壓驅(qū)動；翻轉(zhuǎn)；機械手 The Design Of Turning Manipulator Based On PLC Control Student:Chen Bin Tutor:Zhou Guangyong (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: Robot manipulator is the operator who directs the robot in pleting various tasks. This article focuses on the automation of the production line designed generic flip of a threedesignoffreedom robot. Actions requirements for achieveing the manipulator. The design uses two piston hydraulic cylinders and a rotary actuator. Piston hydraulic cylinder is used to drive a rack robot sheets together to grasp objects, one for the movement of objiect. The swining hydraulic cylinder used to acheve the robotic flip. And hydraulic solenoid valve is controlled by PLC automatic action of the robot. Key words:PLC control ； hydraulic drive。機械手廣泛用于機械制造﹑冶金﹑輕工和原子能等部門。 第二代機器人是帶感覺的機器人。 機械手的組成 要機械手像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu) —— 執(zhí)行機構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運動的驅(qū)動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。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。 （ 1)手部 采用一個直線液壓缸，預計通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)手指的張合。手指式又可分為： 1）平移式手指 當手指夾持的工件直徑變化時并不影響工件中心位置的改變，即定位誤差為零。 查參考文獻［ 3］中表 選活塞桿直徑為 :d＝ 70mm。 mmdt 3 221 ??? ????? (9) 10）、計算圓周速度 。為保證對工作的定位夾緊，手指采用 120 度的 V 形指尖。 2) 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)。 ? 20 Na aLGF m 39。因采用差動連接，手指張合速度相等，預設(shè)手指張合所需時間為 5s且為勻速，則： m m / s100m m / s5500L ＝? 手臂下降所需流量 L / s4 3 9 3 9 0 04 dDVAq 3322221 ＝＝）－（＝）－（＝ ??? ? 手臂上升所需流量 L / s1 9 6 2 0 0]4 []V4 dD4D[VAAq 322222212 ?????? ）－（）－（－＝）－（ ??（ 2）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。根據(jù)表 3 數(shù)值當油液在油管中流速取 s/1m ，算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 夾緊缸： ? ? mmVQd ?????? ?? 查《機械設(shè)計手冊》表 20－ 8－ 2 選用油管公稱通徑為 mm12 ，外 徑為 mm81 的無縫鋼管。選擇液壓油需考慮以下幾方面的因素： （ 1）系統(tǒng)工作環(huán)境方面 1)是否抗燃（閃點、燃點）。 在液壓系統(tǒng)中，液壓泵的工作條件最為嚴峻，不但壓力大、轉(zhuǎn)速高和溫度高，而且油液在被泵吸入和 由泵壓出時要受到剪切作用，所以一般根據(jù)泵的要求來確定液壓油液的粘度。 （ 1）液壓泵的功率損失： ? ? ? ? kwtPPTP iZi irith 11 ???????? ?? ? 29 式中 tT —— 工作循環(huán)周期 riP —— 液壓泵的輸入功率 iP? —— 各臺液壓泵的總效率 it —— 第 i 臺泵的工作時間 Z—— 投入工作的液壓泵的臺數(shù) （ 2）液壓執(zhí)行元件的功率損失： ? ? ? ? kwtPTP imi irith201111 12 ???????? ?? ? （ 3）溢流閥的功率損失： kwQPPyyh 0 0 4 102 0 33 ?????? （ 4）液壓油液流經(jīng)閥或管路的功率損失： kwPQP h 364 ??????? ? 總的功率損失： kwPPPPP hhhhhr 0 2 5 5 0 4 ????????? 由公式（ ）計算，油液溫升為： ℃℃ ????????? AKAK PT hr 式中 1A —— 油箱的散熱面積 2A —— 油管的散熱面積 1K 、 2K —— 散熱系數(shù) 經(jīng)計算，溫升沒有超過所選型號液壓油的允許使用范圍，因此本設(shè)計液壓系統(tǒng)中不需要冷卻器。 相同 I/O 點數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右）。才能構(gòu)成一臺完整的 PLC。 C．用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。 9. 3 PLC 的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停