【正文】 鉗式抓取機(jī)構(gòu)由手指（或稱手抓）和傳動機(jī)構(gòu)組成。 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的功用是通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其工作位置正確與否。連續(xù)軌跡控制是按設(shè)定點(diǎn)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行控制的，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)無限多，其整個(gè)移動過程都處于控 制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動，但控制系統(tǒng)復(fù)雜，故目前應(yīng)用不多。占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)亦較簡單，并能達(dá)到較高的定位精度，因而應(yīng)用廣泛。 22 機(jī)械手整體裝配圖 . 第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 167。 （ 4） 有幾何機(jī)構(gòu)的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊上法蘭或管接頭后不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。 導(dǎo)向環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）低泄露。 七、緩沖機(jī)構(gòu) 因機(jī)械手要求移動速度慢，缸內(nèi)機(jī)構(gòu)可以吸收全部動能，故不用考慮緩沖液壓缸，工作壓力 10Mpa,活塞速度 ，應(yīng)該采用緩沖裝置或其他緩沖辦法。 kgf﹒ m Mp─轉(zhuǎn)動部件 C2 腕部、轉(zhuǎn)動部分重心對腕部回轉(zhuǎn)軸線的偏置力矩。 1P — 系統(tǒng)的工作壓力； 2P — 回油腔的壓力； m? — 機(jī)械效率，（一般取 m? =） d— 活塞桿直徑。由于密封副同軸度好，圓周間隙均勻，所以泄露少。 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 28 七、液壓缸剖視圖 缸底 2 彈簧擋圈 3 套環(huán) 4 卡環(huán) 5 活塞 6 O形密封 圈 7 支承環(huán)8 擋圈 9 Y 形密封圈10 缸筒 1 1 管接 口 1 2 導(dǎo)向套 1 3 缸蓋 14 密封圈 1 5 防塵圈 1 6 活塞桿 17 定位螺 釘 18 耳環(huán)圖4 1 單 活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu) 新疆工業(yè)高等專科學(xué)校機(jī)械工程系 29 167。 三、擺動液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)概要 設(shè)計(jì)擺動液壓馬達(dá)時(shí)，兩個(gè)最主要的參數(shù)是是 輸出鈕矩和輸入流量。 缸筒的機(jī)構(gòu) 夾緊缸缸筒與端蓋的連接型式為外螺紋連接，如 紋連接部分強(qiáng)度計(jì)算，缸筒與端部 用螺紋連接時(shí)，缸筒螺紋外的強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉應(yīng)力： M P aDdkf 622622110])()[( )(4?? ????????? ?? 新疆工業(yè)高等專科學(xué)校機(jī)械工程系 33 F— 缸筒端部承受的最大推力（ N）； D— 缸筒內(nèi)徑（ m） 。 缸筒螺紋連接部分強(qiáng)度的計(jì)算。 （ 5）有良好的承受能力。 二、計(jì)算液壓泵的流量： ?? max)( QkQp = )( ???? =式中 PQ — 液壓泵的流量； k— 考慮系統(tǒng)泄露的修正系統(tǒng)，一般取 k=~。 42 工業(yè)機(jī)械手整體液壓原理圖 . 新疆工業(yè)高等專科學(xué)校機(jī)械工程系 43 第五章 PC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 167。為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，設(shè)置了一些必要連鎖。工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的順利完成，我是站在巨人的肩上，翻閱了不少資料，但是由于個(gè)人知識面有限，設(shè)計(jì)之中難免缺少錯(cuò)誤與漏洞，望老師和同學(xué)指正，不甚感激。用心去做每一件事情，這是成功的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)，我們兩個(gè)人一個(gè)小組，兩個(gè)人要各盡所能，分工合作，就想在實(shí)際工作中一樣，不處理好這一點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)一次成功的合作，更不能圓滿完成自己的任務(wù)。 手臂伸縮到位，觸點(diǎn) KA1 閉合，時(shí)間繼電器和電磁閥同時(shí)通電，時(shí)間繼電器延時(shí) 2 秒，確定工件夾緊，加緊完畢，進(jìn)行液壓馬達(dá)擺動，擺動到極限位置（由限位開關(guān)控制），此時(shí)，手爪持續(xù)夾緊，在所需位置，繼電器斷電，液壓缸回油，電磁閥斷電， 手抓放松。 由于給定的機(jī)械手純屬開關(guān)量控制， 功能上沒有提出特殊要求，因此任何型號的小型 PC 均可滿足要求，根據(jù)所需的 I/O 總點(diǎn)數(shù)并有一定的備用量，可選三菱公司的 F1— 30MR 型的 PC，其輸入 16 點(diǎn)，輸出 14 點(diǎn)，繼電器輸出類型，可滿足要求。由于液壓缸內(nèi)充滿液壓油，故從靜止到啟動較平穩(wěn)，換向沖擊小，換向復(fù)位位置較準(zhǔn)確。 167。 導(dǎo)向環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）低泄露。 缸筒的機(jī)構(gòu) 夾緊缸缸筒與端蓋的連接型式為外螺紋連接，如圖： 新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系 35 螺紋連接部分強(qiáng)度計(jì)算，缸筒與端部用螺紋連接時(shí)，缸筒螺紋外的強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉應(yīng)力： M P aDdkf 622622110])()[( )(4?? ????????? ??=14MPa F— 缸筒端部承受的最大推力（ N）； D— 缸筒內(nèi)徑（ m） 。 35 立柱伸縮部分 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 32 一、缸 筒 主要技術(shù)要求 （ 1） 有足夠的強(qiáng)度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形。 （ 3）安裝空間小，所需鈕矩又大，可把工作壓力選的高一些。材料可選用灰鑄鐵，球墨鑄鐵等。 （ 5）桿的材料 液壓缸用的活塞桿材料通常要求淬火深度一般為 ~1mm，可選用碳素鋼45 號，如果是底負(fù)載液壓缸的話，就可以不作表面處理。 d— 螺紋底徑（ m） 。橫向微移由活塞缸 5 驅(qū)動滑塊 4 實(shí)現(xiàn)。 對外泄露要求特別嚴(yán)的場合，在密封圈之間可配泄露回油口，防止泄露油外流。 sn — 屈服安全系數(shù)，一般 sn =2~4。 液壓缸外徑 LD及長度? mmDD 3052202 ?????? ?? L? (20~30) ?D ，由于機(jī)構(gòu)需要，確定取長度 L=50mm. 液壓缸的工作流量為 q=AV= m in/ 2 mlD ??? V— 活塞桿的速度； A— 液壓缸的有效工作面積。 直線運(yùn)動速度：手臂伸縮行程 400mm，運(yùn)動時(shí)間 t=2s,則手臂伸縮速度v= smtl ??. 回轉(zhuǎn)運(yùn)動速度，定為 s/60? 。 （ 1）直角坐標(biāo)式 這是一種直移型機(jī)械手，即所有的送放運(yùn)動均為直線移動。但液壓傳動也有不足之處，其最主要的問題是容易泄露，因而要求領(lǐng)部件的制造精度高，有此也使生產(chǎn)成本提高了。 驅(qū)動系統(tǒng) 機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)是為執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供各部分提供動力的裝置。又可分為抓取，送放和機(jī)身三大部分。 我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代 “七五 ”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過 “七五 ”、 “八五 ”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。 36 液壓泵???????????????????? 35 第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)?????????????????? 36 167。 33 手臂伸縮部分???????????????? 19 167。 最后一周完成電氣控制部分設(shè)計(jì)，和打印設(shè)計(jì)書，一個(gè)月完成設(shè)計(jì)。美國發(fā)射到火星上的 “索杰納 ”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能夠獨(dú)立地按控制程序、自動重復(fù)操作的機(jī)械手，這種機(jī)械手具有能很快地改變程序的功能，適應(yīng)性 很強(qiáng)，在中小批量、多品種的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 行走裝置的主要作用是擴(kuò)大機(jī)械手的送放范圍，以適應(yīng)遠(yuǎn)距離操作的需要。通用機(jī)械手則是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動作多樣的機(jī)械手，其工作范圍大，定位精高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量、多品種的自動化生產(chǎn)中。 機(jī)械手是模仿人手的部分動作的自動機(jī)械裝置，而人手是一種經(jīng)過了億萬年歷史進(jìn)化后所形成的高超機(jī)構(gòu)。但其運(yùn)動直觀性差，臂部前端的位置由多個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動決定，要達(dá)到較高的運(yùn)動精度比較困難，為此必須提高制造精度，因而使設(shè)計(jì)和制造均較為復(fù)雜。 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 16 均較好的中碳鋼，強(qiáng)度，韌度??~?cw ，如用于主軸、鍵、連桿等。 （ 2）桿外端 與手部連桿連接采用圓耳頭結(jié)構(gòu)。 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 20 （ 1）結(jié)構(gòu)型式 典型結(jié)構(gòu)型式有端蓋式和插件式兩類。 二、回轉(zhuǎn)運(yùn)動的腕部 圖如下具有回轉(zhuǎn)動作的腕部兩種結(jié)構(gòu)形式圖采用擺動缸，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小但密封性差，回轉(zhuǎn)角度不大于 360 度，另外齒條傳動活塞缸輸出扭矩大回轉(zhuǎn)角度可大于 360 度 密 封 性 好 但 體 積 小 。 （ 3） 內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能夠長期工作而磨損少，有較高的幾何精度，足一保證活塞密封性。如圖： （ 3）桿內(nèi)端 活塞桿內(nèi)端與活塞連接有多種型式，采用卡環(huán)連接，并要有鎖緊措施，以防在工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動而松開，同時(shí)還須安裝與活塞桿之間的靜密封。目前采用新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系 27 較多的插件式導(dǎo)向套是用耐磨材料制成的，也有用鋼制并內(nèi)裝耐磨套或?qū)颦h(huán)，其優(yōu)點(diǎn)是裝拆方便，拆卸時(shí)不用拆端蓋。 但那樣做軸向尺寸會增大，安裝復(fù)雜，費(fèi)用也多。 ?? — 葉片根部厚度（ m） 。 （ 3） 有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 1桿的材料 新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系 37 液壓缸用的活塞桿材料通常要求淬火深度一般為 ~1mm，可選用碳素鋼45 號，如果是底負(fù)載液壓缸的話，就可以不作表面處理。材料可選用灰鑄鐵，球墨鑄鐵等。 調(diào)速回路 本機(jī)械手的液壓驅(qū)動系統(tǒng)采用回油路節(jié)流調(diào)速，如圖，此調(diào)速回路，回油腔存在背壓，故具有承受值負(fù)載的能力。 手動操作時(shí)，需要有下降、上升、左移、右移、手腕、手臂左轉(zhuǎn)、手腕、手臂右轉(zhuǎn)、夾緊、放松 10 個(gè)按鈕，自動化時(shí)，尚需起動按鈕，停止按鈕和復(fù)位按鈕，也占了 3 個(gè)按鈕。 62 電氣控制分析 電氣控制系統(tǒng)分析 主電路 序號 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT 10DT 11DT 1 原位 + 2 手臂伸 縮 + + 3 手抓夾 緊 + 4 力柱上 升 + + + 5 手腕回 轉(zhuǎn) + 6 手臂回 轉(zhuǎn) + + 7 立柱下 降 + + 8 手抓放 松 + 9 手臂縮 回 +| 10 手腕回 轉(zhuǎn) + 11 手臂回 轉(zhuǎn) + 新疆工業(yè)高等專科學(xué)校機(jī)械工程系 53 工業(yè)機(jī)械手由總電源開關(guān) QS 引入，有熔斷器作短路保護(hù)，主電路接觸器KM 控制，接有熱繼電器 FR1 作過載保護(hù)。 設(shè)計(jì)期間所學(xué)的專業(yè)知識，我認(rèn)為是非常有用的，某些知識可以直接聯(lián)系到實(shí)際工作中去。缺乏信心直接影響自己的嘗試精神，沒有了嘗試精 神，好多事情自己可以想到，但是沒有把自己所想的事情付之于行動，這樣根本就沒有了成功的機(jī)會。 畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，感覺設(shè) 計(jì)是多么的困難，而無從下手，感覺設(shè)計(jì)就不是自己可以完成的事情，設(shè)計(jì)是那么的神秘，并且我的題目還是當(dāng)代代表先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的工業(yè)機(jī)械手。 根據(jù)工藝過程畫出自動化操作流程圖： 根據(jù)狀態(tài)流程圖用步進(jìn)指令設(shè)計(jì) 的梯形圖，如下所示： 新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系 47 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 48 若機(jī)械手停在原點(diǎn)，下限位開關(guān) X404，右限位開關(guān) X405，左轉(zhuǎn)限位 X403閉合， Y437 輸出使原點(diǎn)指示燈亮。 機(jī)械手所有的動作均有液壓驅(qū)動，它的上升和下降、伸出和縮回動作均由雙線圈雙位電磁閥控制。 三、選擇液壓泵規(guī)格 參照產(chǎn)品樣本選取其額定壓力比泵的工作壓力 sp 高 25%~60%，其流量與計(jì)算結(jié)果相近的液壓泵。當(dāng)導(dǎo)向套不是用耐磨材料制成時(shí)，其內(nèi)圓還可裝導(dǎo)向環(huán)，用以對活塞桿導(dǎo)向。材料的選用：有導(dǎo)向環(huán)活塞，用碳素鋼 20 號， 30 號及 45 號。 缸筒的直徑 D R= mft RRR ?? =1400N+400N+ma=1800N+11 10? =1910N R— 液壓缸工作載荷； tR — 液壓缸軸向方向的外力； tR — 運(yùn)動部件的摩擦力； mR — 運(yùn)動部件的慣性力。即 )](10[ mNddITT twL ??? =18 ????? = mN?722 ])[( 4622 ???????? dT 所以 d=105mm. LT — 負(fù)載鈕矩（ N )m? ,主要包括負(fù)載摩擦力矩和負(fù)載重量引起的鈕矩兩部分。因此，已被廣泛應(yīng)用于