【導(dǎo)讀】隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要,機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。整體坐標(biāo)的形式。同時(shí),本文給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。文章中介紹了搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。全面詳盡的討論了搬運(yùn)機(jī)械手。的手部、腕部、手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱(chēng)為。按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。手”,簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。能適應(yīng)產(chǎn)品種類(lèi)變更,具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的?？刂葡到y(tǒng)是示教型的。商名為Unimate即萬(wàn)能自動(dòng)。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn)、同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn),臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng),

　　

【正文】 為 : 即取 當(dāng)時(shí) , 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于 468mm 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓 缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 式中 ??摩擦阻力 , 取 G??零件及工件所受的總重。 (1)的計(jì)算 設(shè)定速度為 。起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差 ,近似估算為 250Kg。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有 : (2)的計(jì)算 (3)液壓缸在這里選擇 O 型密封 ,所以密封摩擦力可以通過(guò)近似估算最后通過(guò)以上計(jì)算 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí) ,F5126N 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí) , (4)確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 : 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 ,如圖 所示 當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔 , 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中 , 圖 雙作用液壓缸示意圖 液壓缸的有效面積 : 故有 F5126N,P14Mpa,選擇機(jī)械效率 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入 : 根據(jù)表 32(JB82666),選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列 ,選擇 D50mm. 活塞桿直徑 d 對(duì)于單桿雙作用液壓缸可根據(jù)速度比來(lái)確定 ,即 代入數(shù)據(jù) ,D50mm 得 d25mm (5)缸體厚度與長(zhǎng)度 機(jī)身缸體較手部與手臂部的特殊 ,在此 ,選取缸體厚度為 25mm,則外徑為100mm,很顯然滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 從制造上考慮 ,一般油缸長(zhǎng)度不大于其內(nèi)徑的 2030 倍 ,即取 :L600mm 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1) 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩 ,應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。 慣性力矩的計(jì)算 式中 ??回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量 (),在起動(dòng)過(guò)程中 。 t??起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間 s。 ??手臂回轉(zhuǎn)部件 (包括工件 )對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()。 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 ,則 式中 ??回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng) 1800mm,直徑為 80mm的圓柱體 ,質(zhì)量為 .設(shè)置起動(dòng)角度 180,則起動(dòng)角速度 ,起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為 。 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估 算下 ,由于回油背差一般非常的小 ,故在這里忽略不計(jì)。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬 b60mm,選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為 8Mpa。 d 為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑 ,設(shè) d50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算 : D151mm 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇液壓缸的基本外徑尺寸180mm 不是最終尺寸 ,再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)所示 ,因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為 8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,根據(jù)初步估算 , ,所 以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為 (一個(gè)面 6個(gè) ,兩個(gè)面是 12個(gè) )。 危險(xiǎn)截面 所以 ,所以 螺釘材料選擇 Q235,則 (n) 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 M20 的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算 ,需要螺釘來(lái)連接 ,最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示 ,內(nèi)徑為 150mm,外徑為 230mm,輸出軸徑為 50mm 圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘。動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。連接螺釘一般為偶數(shù) ,對(duì)稱(chēng)安裝 ,并用兩個(gè)定位銷(xiāo)定位。連接螺釘?shù)淖饔?:使東片和輸出軸之間的配合緊密。于是得 式中 ??每個(gè)螺 釘預(yù)緊力 。 D??動(dòng)片的外徑 。 f??被連接件配合面間的摩擦系數(shù) ,剛對(duì)銅取 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 或 帶入有關(guān)數(shù)據(jù) ,得 螺釘材料選擇 Q235,則 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 M14 的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。 軸承的選擇分析 對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng) ,對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響 ,因此 ,這里要充分考慮這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于本設(shè)計(jì) ,采用一支點(diǎn) ,雙固定 ,另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承 ,應(yīng)能承受雙向軸向載荷 ,故內(nèi)外圈在軸向全要固定。 本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)深溝球軸承 ,面對(duì)面或者背對(duì)背的組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié) 構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的機(jī)身進(jìn)行了設(shè)計(jì) ,分別對(duì)機(jī)身的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)也計(jì)算了升降立柱不自鎖的條件 ,這是機(jī)身設(shè)計(jì)中不可缺少的部分。 6 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)工況要求 ,執(zhí)行機(jī)構(gòu)要具有手臂升降、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手指夾緊機(jī)構(gòu)等組成 ,每一部分均由液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制它完成的動(dòng)作循環(huán)為 :手臂上升→手臂前伸→手臂下降→手指夾緊→手臂上升→手腕回轉(zhuǎn) (正 )→手臂下降→手指松 開(kāi)→手臂上升→手腕回轉(zhuǎn) (反 )→手臂縮回→手臂下降→待料 ,泵卸載。 液壓系統(tǒng)原理圖 圖 液壓原理圖 液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 手指夾緊 + 手臂正轉(zhuǎn) + 手臂上升 + 手臂前伸 + 手指松開(kāi) + 手臂縮回 + 手臂下降 + 手臂反轉(zhuǎn) + 待料卸荷 + + 本章小結(jié) 本章在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上 ,對(duì)機(jī)械手的液壓控制作了基本的分析 ,并滿(mǎn)足了機(jī)械手的工作需要。 7 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手的電氣控制相當(dāng) 于人的大腦 ,它指揮機(jī)械手的動(dòng)作 ,并協(xié)調(diào)機(jī)械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。機(jī)械手的工作順序、應(yīng)達(dá)到的位置 ,如手臂的上下移動(dòng)、機(jī)身的回轉(zhuǎn)、手臂的伸縮、手指的開(kāi)合動(dòng)作 ,以及各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間、速度等 ,都是在控制系統(tǒng)的指揮下 ,通過(guò)每一段運(yùn)動(dòng)部件沿個(gè)坐標(biāo)軸的動(dòng)作按照預(yù)先整定好的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)采用 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 的結(jié)構(gòu)和原理 PLC 的結(jié)構(gòu) 可編程序控制器主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源模塊組成。 CPU 模塊 :是運(yùn)算和控制中心 ,起心臟作用。由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路集成在一個(gè) 芯片上。 CPU 通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與 I/O 接口電路連接。 存儲(chǔ)器 :系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序 ,包括管理程序、監(jiān)控程序以及對(duì)用戶(hù)程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、 ROM 組成。廠家使用的 ,內(nèi)容不可更改 ,斷電不消失。用戶(hù)存儲(chǔ)器 :分為用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)組成。用戶(hù)使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源 ,壽命一般為 3~5 年。 輸入 /輸出接口 :輸入接口 :光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光電三極管組成。發(fā)光二極管 :在輸入端輸入變化的電信號(hào) ,則會(huì)輸 出與之變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三極管 :在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通 ,導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。輸出接口 :繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。 電源模塊 :可編程序控制器使用 220V 交流電源或 24V 直流電源。 PLC 的工作原理 PLC 采用“順序掃描 ,不斷循環(huán)”的工作方式。 。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣 ,集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。 。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí) ,程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí) ,輸入端有新?tīng)顟B(tài) ,新?tīng)顟B(tài)不能被讀入 ,只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí) ,新?tīng)顟B(tài)才被讀入。 、 程序執(zhí)行、輸出刷新。 。 :CPU 執(zhí)行指令的速度 。指令本身占有的時(shí)間 。指令條數(shù) ,集中輸出的方式存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象 ,即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。 PLC 指令系統(tǒng) (1)輸入輸出指令 LD:取指令 ,用于連接動(dòng)合觸電 。LDI:取反指令 ,用于連接的動(dòng)斷觸點(diǎn) 。OUT:輸出指令 ,用于驅(qū)動(dòng)輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器 。 (2)與指令 AND:常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令 。ANI:常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令。從左到右、 自上至下編程。目標(biāo)元件 :X、 Y、 M、 T、 C。 (3)或指令 OR:動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián)追緝令 。ORI:動(dòng)斷觸點(diǎn)并聯(lián)指令。目標(biāo)元件 :X、 Y、 M、 T、C。 (4)塊電路或指令 ORB:塊并聯(lián)。目標(biāo)元件 :不帶元件號(hào) ,只表示一條連線。 (5)塊電路串指令 ANB:塊串聯(lián)。目標(biāo)元件 :不帶元件號(hào) ,只表示一條連線。 (6)復(fù)位指令 RST:清楚計(jì)數(shù)器。目標(biāo)元件 :M100、 M1 M1 M160、 M200、 M2 M360、C 除 c661 外 (7)脈沖指令 PLS:使繼電器獲得瞬時(shí)閉合信號(hào)。目標(biāo)元件 :M (8)移位指令 SFT:移位寄存器移位輸入指令。目標(biāo)元件 :M。 (9)空操作指令 NOP:使該步序不起作用或空操作。 (10)保持指令 S:操作保持位置指令 ,自保持 ON 指令 。 R:操作保持復(fù)位指令 ,自保持 OFF 指令。目標(biāo)元件 :Y、 M00M377。 (11)結(jié)束指令 END:編程結(jié)束時(shí)寫(xiě)