【文章內容簡介】 面都不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。因此，國內主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應用專用機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于改換工作，擴大了應用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內的壓力敏感元件產生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內側的壓力敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到 1995 年，全世界約有 50%的汽車由機械手裝配?，F今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 PLC 概況及在機械手中的應用（1） 可編程序控制器的應用和發(fā)展概況畢業(yè)設計（論文）1可編程序控制器（programmable controller），現在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術、通 信網絡技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結構簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產中應用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構成系統(tǒng)，接線繁雜，當生產工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。（2）PLC 的應用概況PLC 的應用領域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的 PLC 幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要 PLC，尤其近幾年來 PLC 的性價比不斷提高已被廣泛應用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按 PLC 的控制類型，其應用大致可分為以下幾個方面。1）用于邏輯控制這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應用方面。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。2）用于模擬量控制PLC 通過模擬量 I/O 模塊，可實現模擬量和數字量之間轉換，并對模擬量控制。3）用于機械加工中的數字控制現代 PLC 具有很強的數據處理功能，它可以與機械加工中的數字控制（NC）及計算機控制（CNC）緊密結合，實現數字控制。4）用于工業(yè)機器人控制5）用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的 PLC 具有較強的通信聯通能力，可實現 PLC 與 PLC 之間、PLC 與遠程 I/O 之間、PLC 與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網絡。（3）PLC 的特點1）可靠性高、抗干擾能力強PLC 能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC 的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均無故障時間間隔長達 30 萬 h，這是一般微機所不能比擬的。2）控制系統(tǒng)構成簡單、通用性強由于 PLC 是采用軟件編程來實現控制功能，對同一控制對象，當控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時，不必改變 PLC 的硬件設備，只需相應改變軟件程序。3）編程簡單、使用、維護方便4）組合方便、功能強、應用范圍廣畢業(yè)設計（論文）2PLC 既可用于開關量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。因此，PLC 應用范圍很廣。5）體積小、重量輕、功耗低PLC 采用了半導體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗約。（4）PLC 在機械手中的應用機械手通常應用于動作復雜的場合來代替人的反復的操作，從而節(jié)省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經常被應用于動作簡單的電氣及流水線控制，而 PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強?？刂葡到y(tǒng)構成簡單、通用性強。編程簡單、使用、維護方便。組合方便、功能強、應用范圍廣。 體積小、重量輕、功耗低等有點被廣泛應用于類似機械手的控制動作復雜的場合，本設計正是以 PLC 控制為基礎從而實現機械手的各種動。 設計目的本設計通過對機電一體化技術專業(yè)大學三年的所學知識進行整合，完成一個特定功能、特殊要求的搬運機械手的設計，能夠比較好地體現機電一體化技術專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，能夠實現理論和實踐的有機結合。目前，在國內很多工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，勞動強度大、生產效率低。為了提高生產加工的工作效率,降低成本,并使生產線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應現代自動化大生產,針對具體生產工藝,利用機器人技術，設計用一臺裝卸機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本機械手主要與數控車床（數控銑床，加工中心等）組合最終形成生產線，實現加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。本設計能夠應用到加工工廠車間，滿足數控機床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動強度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產效率和生產力。 設計原則在設計之前，必須要有一個指導原則。這次畢業(yè)設計的設計原則是：以任務書所要求的具體設計要求為根本設計目標，充分考慮機械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎上，盡可能的使結構簡練，盡可能采用標準化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時提高可靠性。本著科學經濟和滿足生產要求的設計原則，同時也考慮本次設計是畢業(yè)設計的特點，將大學期間所學的知識，如機械設計、機械原理、液壓、氣動、電氣傳動及控制、可編程控制器（PLC） 、電子技術、自動控制、機械系統(tǒng)仿真等知識盡可能多的綜合運用到設計中，使得經過本次設計對大學階段的知識得到鞏畢業(yè)設計（論文）3固和強化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設計。 本設計的主要內容（1）機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數，由于是采用液壓方式驅動，因此考慮抓取的物體不應該太重，查閱相關機械手的設計參數，結合工業(yè)生產的實際情況，本設計設計抓取的工件質量為60Kg。（2）基本參數運動速度是機械手主要的基本參數。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度。該機械手手臂最大中心高設計為848mm。最大回轉角設計為0180度。平均升降速度為67mm/s。平均伸縮速度為83mm/s。機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為800mm,最大工作半徑約為1200mm。手臂升降行程定為300mm。畢業(yè)設計（論文）4對搬運機械手的基本要求是能快速、準確地拾放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設計搬運機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件。明確工件的結構形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質量參數等，從而進一步確定對機械手結構及運行控制的要求；盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，批或中、小批生產的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，動作強度大和操作單調頻繁的生產場合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場合。 機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用液壓傳動方式，來實現執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。 執(zhí)行機構執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。（1）手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結構。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型。回轉型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。（2）手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位(即姿勢)（3）手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，畢業(yè)設計（論文）5并按預定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件(如油缸、液壓缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅動源(如液壓、液壓或電機等)相配合，以實現手臂的各種運動。（4）立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。（5）機座機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。 驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的。它由動力裝置、調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、機械傳動。由于液壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用液壓傳動方式。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號?？紤]到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現，非常方便快捷。 位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置.畢業(yè)設計（論文）63 手部結構 概述手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結構型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指，它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結構及型式根據它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質以及被抓取部位等的不同而設計各種類型的手部結構，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結構由手指和傳力機構組成。其傳力機構形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式……等，這里采用滑槽杠桿式。 設計時應考慮的幾個問題（1）應具有足夠的握力（即夾緊力）在