【正文】 +F 回+F 慣=3640+ F 驅(qū)+ 所以手臂伸縮驅(qū)動力 F 驅(qū)= 4102N 3．9．4 手臂伸縮液壓缸參數(shù)計算 經(jīng)過上面計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F P=1MPa。（1）液壓缸內(nèi)徑計算驅(qū)= 4102N，因此選擇液壓缸的工作壓力當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔： 所以式中 F 驅(qū)—— 手臂伸縮液壓缸驅(qū)動力（N）D ——液壓缸內(nèi)徑（mm）d——活塞桿直徑（mm）η——液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取η= P1——液壓缸的工作壓力（MPa）帶入數(shù)據(jù)得： 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666）,選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=80mm（2）活塞桿直徑計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度的要求，對于桿長 l 大于 直徑 15 倍（l15d）的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強(qiáng)度計算：設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼［σ］=100~120 MPa,?。郐遥?100 MPa 即 表 5 活塞桿直徑系列（JB82666）18 40 75 5 20 45 80 5 22 50 85 8 25 55 90 10 28 60 95 12 30 63 14 32 65 16 35 70根據(jù)活塞桿直徑系列（JB82666）選取活塞桿直徑 d=8mm。所以手臂伸縮液壓缸主要參數(shù)為：液壓缸內(nèi)徑 D 80mm 工作壓力 P 1MPa 活塞桿直徑 d 8mm 驅(qū)動力 F 4720N3．10 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)計算3．10．1 手臂偏重力矩的計算圖 5 手臂各部件重心位置圖 設(shè) 所以 設(shè)所以偏轉(zhuǎn)力矩 式中ρ——重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離(mm)3．10．2 升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 手臂在 G 總的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套則防止這種趨勢。由力平衡條件得：所謂不自鎖條件為：即因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導(dǎo)套長度大于 391mm。式中 f——摩擦系數(shù) h——立柱導(dǎo)套的長度 3．10．3 手臂升降驅(qū)動力的計算 由手臂升降驅(qū)動力的公式得： F 驅(qū)=F 摩+F 密+F 回+F 慣177。G 總（1）F 摩的計算所以（2）F 慣的計算 經(jīng)計算 式中Δv——由靜止加速到常速的變化量(mm/s)。Δt——啟動過程時間(t),一般取 ~。手臂啟動速度Δv=83mm/s,啟動時間Δt=,g=,帶入數(shù)據(jù)得：（3）F 密的計算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工 作壓力小于 10MPa 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為：F 密= 驅(qū)（4）F 回的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。經(jīng)過以上分析計算，液壓缸的驅(qū)動力為：所以當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時3．10．4 手臂升降液壓缸參數(shù)計算 經(jīng)過上面計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F 驅(qū)，因此選擇液壓缸的工作壓力 P=1MPa,為 了滿足要求，此時取 F 驅(qū)= 進(jìn)行計算。（1）液壓缸內(nèi)徑計算：當(dāng)油進(jìn)入無桿腔：當(dāng)油進(jìn)入有桿腔：液壓缸的有效面積：所以式中 F 驅(qū)——手臂升降液壓缸驅(qū)動力(N)D——液壓缸內(nèi)徑(mm)d——活塞桿直徑(mm)η——液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取η= P1——液壓缸的工作壓力(MPa)帶入數(shù)據(jù)得： 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666），選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=55mm（2）活塞桿直徑計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度的要求，對于桿長 l 大于直 徑 15 倍（l15d）的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強(qiáng)度計算：設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼［σ］=100MPa 即根據(jù)活塞桿直徑系列（JB82666）選取活塞桿直徑 d=6mm 所以手臂升降液壓缸主要參數(shù)為：工作壓力 P 1MPa 液壓缸內(nèi)徑 D 55mm 活塞桿直徑 d 6mm 驅(qū)動力 F 3．11 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計算3．11．1 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩（1）M 慣的計算 回轉(zhuǎn)部件可以等效一個高 1500mm,半徑為 60mm 的圓柱體，圓柱體重量為 G 總=800N，M 驅(qū)=M 慣+M 密+M 回設(shè)啟動角速度Δω=,啟動時間Δt=。所以（2）M 密與 M 回的計算 為了計算方便，密封處的摩擦阻力矩 M 密= 驅(qū)，由于回油背差一般非常的小，故 在這里忽略不計，即 M 回=0。因此 3．11．2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計算 設(shè) b=60mm,液壓缸工作壓力 P=4MPa,d=50mm,則由 得 所以取液壓缸內(nèi)徑為 140mm 式中 D——液壓缸內(nèi)徑(mm)P——回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力(MPa)b——動片寬度(mm)d——輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑(mm)所以手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為：工作壓力 P 4MPa液壓缸內(nèi)徑 D 140mm動片寬度 b 60mm輸出軸直徑 d 50mm驅(qū)動力矩 M 3．11．3 液壓缸蓋螺釘計算 由表 4 可以看出螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系： T 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力有關(guān)，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為： FQs=FQ+ FQs FQ 為工作載荷，F(xiàn)Qs為預(yù)緊力 液壓缸工作壓力為 P=4MPa,所以螺釘間距 t 小于 100mm,試選擇 8 個螺釘所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個，危險截面面積所以 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：式中 D——動片外徑(mm)［σ］——螺釘材料的許用應(yīng)力(MPa)d 1——螺釘螺紋內(nèi)徑(mm)螺釘材料選擇 Q235，取σs=240MPa,則即螺釘?shù)闹睆竭x擇 d1=14mm 經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來聯(lián)接，最終確定液壓缸的截面尺寸，內(nèi)徑為 140mm,外 徑為 240mm，輸出軸直徑為 50mm。3．11．4 動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘由得式中 f——被聯(lián)接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對銅取 f= D——動片外徑(mm)d——動片與輸出軸配合處直徑(mm)FQs——動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘?shù)念A(yù)緊力(N)b——動片寬度(mm)P——回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力(Pa)結(jié)論通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識，使我了解了當(dāng)前國內(nèi)外 在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機(jī)械手設(shè)計的一般過程，通過對機(jī)械手 的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的分析，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計方面的知識，為以后的工作學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計只是對機(jī)械手的手部、腕部、臂部以及機(jī)身做了系統(tǒng)的設(shè)計計算，設(shè)計中沒有涉及到機(jī)械手的控制問題，對這方面有點(diǎn)模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中 了解和掌握，由于經(jīng)驗(yàn)知識水平的局限，設(shè)計難免有不到之處，望老師見量、指正。致謝非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機(jī)會和寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但使我將大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識再次回顧學(xué)習(xí)，而且 也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設(shè)計中曾給予我耐心指導(dǎo) 和親切關(guān)懷的老師以及幫助過我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢 業(yè)設(shè)計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識和為人也深深地影響著 我，在此，請允許我再次向曾經(jīng)給予我多次指導(dǎo)的導(dǎo)師表示最忠誠的敬意！–30–參 考 文 獻(xiàn)[1]：機(jī)械工業(yè)出版社，1994[2]－：中國鐵道出版社,1985[3]：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[4]：北京理工大學(xué)出版社，1988[5]：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1988[6]：機(jī)械工業(yè)出版社，1991[7]：機(jī)械工業(yè)出版社，1978[8]：天津人民出版社，1980[9]：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[10]孫恒 陳作模 ：高等教育出版社，2006[11]：機(jī)械工業(yè)出版社，1995[12]：電子工業(yè)出版社，1995[13]：機(jī)械工業(yè)出版社，2007第五篇：基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的工程設(shè)計 課題背景及研究意義機(jī)械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊瑱C(jī)械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。可編程序控制器（PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的實(shí)時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計的機(jī)械手就是通過PLC來實(shí)現(xiàn)自動化控制的。通過此次設(shè)計可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計通過組態(tài)軟件對機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動作過程進(jìn)行了動畫顯示，使機(jī)械手的動作過程更加形象化。機(jī)械手 機(jī)械手介紹Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用 機(jī)械手有2~3個自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(yùn)等。 機(jī)械手的構(gòu)成機(jī)械手簡述：機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動系統(tǒng)分機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。、方向、位置、速度進(jìn)行動作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作。動作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計算機(jī)進(jìn)行控制 機(jī)械手控制方式的選擇 控制方式的分類傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：(1)僅適合于簡單的邏輯控制；(2)僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒有通用性；(3)沒有改動和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計算機(jī)控制方式具有以下兩個特點(diǎn)：(1)硬件上至少有一個微處理器；(2)通過軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。目前，工業(yè)自動化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；(2)工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）；(3)集散控制系統(tǒng)（DCS）。 PLC與工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較及選型計算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實(shí)時性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控