【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。由目前的發(fā)展?fàn)顩r看，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)它將在生產(chǎn)中扮演越來(lái)越重要。本機(jī)械手就是基于此并為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的。在某些勞動(dòng)條件極其惡劣的條件下，工人難。以用手工工作，可用本機(jī)械手代替人力勞動(dòng)。在社會(huì)不斷發(fā)展的今天，機(jī)。類(lèi)從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)是歷史發(fā)展的趨勢(shì)。底座長(zhǎng)290mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角240°并繪制整體裝配圖。包括機(jī)械手手臂升降步進(jìn)電機(jī)的選擇，機(jī)械手。底座回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開(kāi)始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。本設(shè)計(jì)中的四自由度棒料搬運(yùn)機(jī)械手，主要是針對(duì)質(zhì)量少于2KG的圓形棒料的搬運(yùn)。通過(guò)氣爪手指的不同選擇可滿足直徑小于60mm的棒料的搬運(yùn)。過(guò)來(lái)這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作。

　　

【正文】 ?? DF ? 得： 2 2 6F = 0 . 2 5 (0 . 0 4 0 . 0 1 2 ) 0 . 6 1 0? ? ? ? ? ? 計(jì)算得的 F 為理論拉力，其實(shí)際拉力可根據(jù) FFS ?? 計(jì)算。 式中： ?—— 氣缸的工作效率，一般在 ~ 之間。當(dāng)工作壓力增高、缸徑增大時(shí)效率增大。本設(shè)計(jì)工作壓力交大取為 。 把以上數(shù)據(jù)代入 FFS ?? 得： 0 .8 5 6 8 6 .1 0 4sF ?? ? 氣缸是氣爪的的驅(qū)動(dòng)器，氣缸與氣爪手指的連接結(jié)構(gòu)如下圖 52 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 圖 52 氣缸與氣爪手指的連接結(jié)構(gòu) 圖中 L=50mm為氣爪手指夾緊工件的力臂。 R=22mm為活塞桿推動(dòng)手指的力臂。 氣爪夾緊工件的力 LRFF SN ?1 代入數(shù)據(jù)得： 50221 8 8 31 ???NF ? 由計(jì)算得 NN FF ?1 所以初選的缸徑 40mm，活塞桿直徑 12mm滿足設(shè)計(jì)要求。 行程的確定 氣缸的行程就是活塞移動(dòng)的距離，對(duì)外表現(xiàn)為負(fù)載移動(dòng)的距離，確定此距離時(shí)要充分考慮工況情況，應(yīng)預(yù)留出一點(diǎn)行程，避免活塞桿撞壞。 由氣爪的工作要求本氣缸的行程為 15mm。 氣缸的動(dòng)速度 氣缸的運(yùn)動(dòng)速度主要由所驅(qū) 動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)的需要來(lái)決定。 本氣爪要求速度緩慢、平穩(wěn)，采用節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速的方式有：本氣缸為水平安裝采用用排氣節(jié)流； 本設(shè)計(jì)中缸體選用的是不銹鋼式，固本氣缸需要加油潤(rùn)滑。 本氣缸使用注意事項(xiàng) 1）一般氣缸的正常工作條件：環(huán)境溫度為 35～ 80℃ ，工作壓力為 ～ 。 2）安裝前，應(yīng)在 倍工作壓力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，不應(yīng)漏氣。 3）裝配時(shí)，所有密封元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)工作表面應(yīng)涂以潤(rùn)滑脂。 4）安裝的氣源進(jìn)口處必須設(shè)置氣源調(diào)節(jié)裝置：過(guò)濾器 減壓閥 油霧器。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 擺動(dòng)氣缸的選擇 前選擇的 HGW— 40— A 的氣爪其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 gJ =124?104 2kgm 其爪夾持的工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ）（ 22g 312m lRJ ?? 式中： m —— 工件的質(zhì)量（ kg），本設(shè)計(jì)為 m =2kg。 R—— 工件的半徑（ m），本設(shè)計(jì)為 R =20mm。 l—— 工件的長(zhǎng)度（ m），本設(shè)計(jì) 為 l =50mm。 把以上數(shù)據(jù)帶入 ）（ 22g 312m lRJ ?? 得： 222 ( 3 )12gJ ? ? ? 10 kgm??? 加 在 擺 動(dòng) 氣 缸 工 作 上 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 為 ：)( 2k g mgJJ qg ????????? 由 擺 動(dòng) 氣 缸 工 作 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量?J 選用預(yù)選費(fèi)斯托公司的 DSM32270PPW 型氣缸。 該氣缸的許用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 500X104 2kgm 滿足要求。 由下圖 53 氣缸擺動(dòng)的時(shí)間約需 圖 53 氣缸工作轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與擺動(dòng)時(shí)間關(guān)系 該氣缸是葉片驅(qū)動(dòng)雙作用氣缸，在整個(gè)擺角范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無(wú)極擺角調(diào)節(jié)，終端位置可通過(guò)止動(dòng)螺釘和緊固螺母調(diào)節(jié)。止動(dòng)桿上的沖擊能量由彈性緩沖板吸收，終端 緩沖由緩沖器實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)動(dòng)葉片本身不用于確定終端位置，既止動(dòng)杠桿和止動(dòng)裝置不能移動(dòng)。該擺動(dòng)氣缸防水防塵。 本氣缸可實(shí)現(xiàn)擺角范圍內(nèi)無(wú)極擺角調(diào)節(jié)下圖 54 為其擺角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示圖： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 3鎖緊螺釘，用于夾緊擋塊 4供氣孔 5終端調(diào)節(jié) 6鎖緊螺釘，用于夾緊擋塊 7無(wú)極可調(diào)節(jié)擋塊 圖 54 擺角調(diào)節(jié)示圖 表 51 氣缸各部件的材料 材料 機(jī)殼，止動(dòng)杠桿 陽(yáng)極氧化鋁 軸 鍍鎳鋼 轉(zhuǎn)動(dòng)葉片 GRP 固定擋快 /螺釘 電鍍鋼 緩沖器支座 電鍍鋼 擋塊螺釘 不銹鋼 端蓋 GRP 密封 聚 氨酯 表 52 擺動(dòng)氣缸參數(shù) 手臂伸縮氣缸的選擇 ⑴ 缸徑的確定 ? 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 工作壓力 緩沖角 重量 32MM 葉片驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)缸 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 缸徑的計(jì)算公式 )(4 1 ??PFD ? 查《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得 式中 ： P—— 氣缸的工作壓力（ aMP ） ,本氣缸選為 aMP ?—— 氣缸總的機(jī)械效率，本氣缸估算為 D—— 氣缸的內(nèi)徑（ m）。 1F —— 氣缸的負(fù)載力（ N）。本 氣缸負(fù)載較小取為 10N 把以上數(shù)據(jù)代入 )(4 1 ??PFD ? 得： 64 5 /( 3 10 )D ?? ? ? ? ? = 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 氣壓傳動(dòng)》表 22164 氣缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)為 32mm。 [4] ⑵ 行程的確定 由設(shè)計(jì)的工作要求活塞行程取為 320mm。 ⑶ 氣缸型號(hào)的選擇 由以上參數(shù)的計(jì)算選費(fèi)斯托公司的 DNG32320PPVA 型氣缸 本氣缸活塞安裝有傳感裝置，活塞位置可以被行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸位置的控制。選用的控制安裝附件為 SMB2B。該氣缸的緩沖長(zhǎng)度為 19mm. 表 53 氣缸參數(shù) 最大許用工作壓力 12bar（ ? 160....320mm。10bar） 溫度范圍 20℃ ....+80℃ ? [mm] 6bar 時(shí)推進(jìn)力 [N] 6bar 時(shí)推進(jìn)力 [N] 緩沖長(zhǎng)度 [mm] 連續(xù)尺寸 32 482 415 19 81G 表 54 氣缸材料 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 連接形式 由于本氣缸工作行程較 大，且推桿端的垂直負(fù)載較大，使推桿受的彎曲應(yīng)力較大。選用該氣缸的一個(gè)安裝附件，導(dǎo)向單元 FENG32320KF。氣缸直接安裝在該導(dǎo)向單元上。下圖為該導(dǎo)向單元外觀圖 圖 導(dǎo)向單元 下圖 為最大工作負(fù)載與導(dǎo)桿投影距離之間的關(guān)系圖 型號(hào) DNG 軸承和端蓋、缸筒；鋁；（ 320250? ；高質(zhì)合金鋼）；活塞桿、拉桿：高質(zhì)合金鋼；密封；丁腈 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 圖 負(fù)載特性圖 由上圖表可查得本設(shè)計(jì)選用的 FENG32 氣缸在最大伸長(zhǎng)距離 320mm 的情況下其最大負(fù)載為 55N。而氣爪連工件的質(zhì)量約為 4kg，擺動(dòng)氣缸質(zhì)量為 。所以導(dǎo)向單元的實(shí)際總負(fù)載 fG ==。 NG 55f ? 滿足設(shè)計(jì)要求，該導(dǎo)向單元可用。 ? 氣缸 DNG ? 用于補(bǔ)償徑向和軸向偏差的連軸節(jié) ? 用戶可以根據(jù)需要在這根軸上加打安裝孔 圖 導(dǎo)向單元與氣缸連接圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 6 機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)置 機(jī)械手控制器的選擇 工業(yè)機(jī)械于是一種模仿人手動(dòng)作．井 按設(shè)定的程序軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具進(jìn)行操作的機(jī)電一體化自動(dòng)化裝置。 工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)是通過(guò)控制氣缸電磁換向閥，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)作的，有采用單片機(jī)控制的，也有采用可編程控制器來(lái)控制的，若采用單片機(jī)控制．由于電磁的工作電壓高于單片機(jī)的 +5伏電源．所需驅(qū)動(dòng)電流較大．因而須設(shè)計(jì)功率接口電路．還要進(jìn)行抗干擾及其可靠性的設(shè)計(jì)。而采用 PLC控制，則無(wú)需考慮上述問(wèn)題。 ＰＬＣ有著極大的靈活性，易于模塊化，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時(shí)，只要對(duì)Ｉ／Ｏ點(diǎn)的接線稍作修改，或Ｉ／Ｏ繼電器重新分配，程序 中作簡(jiǎn)單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。機(jī)械手的速度、電機(jī)運(yùn)行所需的脈沖數(shù)都可以根據(jù)給定的要求給予置。用ＰＬＣ控制的機(jī)械手將更具靈活性、可靠性、降低成本，提高效率，有著很好的經(jīng)濟(jì)效益。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用ＰＬＣ控制。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對(duì)控制功能的基本要求 工業(yè)機(jī)器人具有多個(gè)自由度，每個(gè)自由度一般包括一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來(lái)，組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般可用單片機(jī)， PLC，計(jì)算機(jī)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在作業(yè)中機(jī)器人的工作任務(wù)是要求操作機(jī)的末端執(zhí)行器按點(diǎn)位或軌跡運(yùn)動(dòng)，并保持設(shè)定的姿態(tài)。在運(yùn)動(dòng)中 或在規(guī)定的某點(diǎn)位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。 在機(jī)器人的各類(lèi)作業(yè)中，運(yùn)動(dòng)和控制方式主要有兩種。 1）點(diǎn)位控制方式（ PTP控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只在某些規(guī)定的點(diǎn)上進(jìn)行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點(diǎn)處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（包括移動(dòng)的路徑和運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實(shí)現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點(diǎn)保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。 2）連續(xù)軌跡控制方式（ CP控制） 這種控制 方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以完成作業(yè)要求，這種必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，可看成是若干密集軌跡曲線。若設(shè)定的點(diǎn)足夠密，就能用點(diǎn)位控制的方法實(shí)現(xiàn)所需精度的連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)。 本設(shè)計(jì)機(jī)械手用于棒料的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)搬運(yùn)，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)太大要求。所以選用點(diǎn)位控制方式。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的基本功能： 本機(jī)械手要具有回原點(diǎn)、手動(dòng) {點(diǎn)動(dòng) )和自動(dòng) {單步、連續(xù) 1控制的操作方式。 手動(dòng)操作 用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。 回原點(diǎn) 操作方式 按下回原點(diǎn)啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)返回原點(diǎn)位置。 自動(dòng)操作 包括單步操作和連續(xù)運(yùn)行兩種操作方式。操作前提是機(jī)械手須處在原點(diǎn)位置上。 1)單步操作 每按一次按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。 2)連續(xù)運(yùn)行 系統(tǒng)一旦啟動(dòng)，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。期間若按停止按鈕，要完成一個(gè)完整的動(dòng)作循環(huán)才停止。 為方便控制系統(tǒng)適應(yīng)各具體工作情況作小幅，整個(gè)控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以方便指令中的 IST狀態(tài)初始化指令來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？傑浖到y(tǒng)包括初始化電路、故障報(bào)警程序、點(diǎn)動(dòng)操作程序、回原點(diǎn)程序及自動(dòng)操作程序 五大模塊構(gòu)成，分別解決單個(gè)問(wèn)題．然后再進(jìn)行綜合。各結(jié)構(gòu)模塊如下： ` [END] 圖 機(jī)械手系統(tǒng)模塊 本設(shè)計(jì)機(jī)械手完成的動(dòng)作是一個(gè)固定的循環(huán)動(dòng)作，其循環(huán)動(dòng)作如下圖 圖 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖及動(dòng)作順序 初始電路 障礙報(bào)警程序 點(diǎn)動(dòng)操作程序 回原點(diǎn)程序 自動(dòng)操作程序 初始位置 手臂下降 夾 緊 手臂上升 底座旋轉(zhuǎn) 手臂伸長(zhǎng) 手臂下降 松開(kāi) 手臂上升 手臂收縮 底座旋轉(zhuǎn) 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 本機(jī)械手中驅(qū)動(dòng)部分由電機(jī)與氣動(dòng)兩部分組成，其中電機(jī)部分由 PLC直接控制。而氣動(dòng)部分則由 PLC控制電磁筏來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。下圖 ： 圖 氣動(dòng)原理 表 61 氣動(dòng)系統(tǒng)工作順序 電磁鐵 動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 氣爪夾緊 + 氣爪松開(kāi) + 手臂伸出 + 手臂收縮 + 翻轉(zhuǎn)工件 + 轉(zhuǎn)正氣爪 + 為了使機(jī)械手在作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行及運(yùn)行的安全可靠，擺動(dòng)氣缸，手臂升降都選用限位開(kāi)關(guān)控制，以給相應(yīng)的電磁闌傳遞通、斷信息。而氣爪，伸縮氣缸則運(yùn)用其內(nèi)部的位置傳感器作為位置的控制。將其傳感器的信息傳 遞給 PLC，以實(shí)現(xiàn) PLC對(duì)其位置的控制。而底座旋轉(zhuǎn)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)底座位置傳感器，從而將位置信息傳給 PLC實(shí)現(xiàn)控制。 7 手臂驗(yàn)算與機(jī)械手參數(shù) 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 手臂平衡的驗(yàn)算 手臂工作長(zhǎng)度較大，而且手臂伸縮端安裝有氣爪，氣爪夾緊工件。此處對(duì)絲桿力矩較大。所以應(yīng)該作平衡驗(yàn)算。 手臂氣爪端對(duì)絲桿的力矩： )( zgbg GGGLM ??? 式中： gM —— 手臂工件端對(duì)絲桿的力矩（ Nm? ）； bG —— 擺動(dòng)氣缸的重力（ N） ,本設(shè)計(jì)為 ； gG —— 工件的重力（ N） , 本設(shè)計(jì)為 ； zG—— 氣爪的重力（ N） , 本設(shè)計(jì)為 ；