【正文】 通過(guò)這設(shè)計(jì) ， 也 能趁這段寶貴時(shí)間對(duì)自己在這四年當(dāng)中所學(xué)到的知識(shí)作一次全面的檢閱和加強(qiáng)， 絕對(duì) 是一件 非常 有意義的事情。故在手動(dòng)和自動(dòng)啟動(dòng)回路中設(shè)計(jì)自鎖回路，以保證在啟動(dòng)按鈕復(fù)歸后仍可維持輸出輔助繼電器接點(diǎn)的接通閉合。 機(jī)械手 PLC 動(dòng)作流程圖：見(jiàn)《動(dòng)作流程圖》。 由：系統(tǒng)用氣量 Qg=, Vc= 可選得 其額定排氣量 m3/min， 額定排氣壓力 ， 電動(dòng)機(jī)功率 ， 壓氣機(jī)儲(chǔ)氣罐容積 ， 總重 160Kg， 生產(chǎn)廠(chǎng)： 長(zhǎng)春空氣壓縮機(jī)廠(chǎng) 4． 5 氣動(dòng)元件的清單 方向閥是 SMC 公司的；缸、氣源三大件和馬達(dá)是方大氣動(dòng)公司的；其他由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得： 如表 4－ 4 表 4－ 4 元件名 標(biāo)記 (數(shù)量 ) 電磁換向閥 (數(shù)量 ) 配合官道 其它元件及 其數(shù)量 夾緊缸 MDBB5035 SY313D5GC8 φ 6mm 單向節(jié)流閥LAL8(9 個(gè) )氣源三大件QFLJWCL8(1件 )空壓機(jī)(1臺(tái) )閥的匯流板W5FS23008103(1 個(gè) ){SMC}總氣源管直徑14mm 腕部馬達(dá) CDRB1BW50180S(1) VF52205GB03 3/8 手臂伸縮缸 CDA1BN40500 VF52205GB03 3/8 手臂升降缸 MDBB50300 VF52205GB03 3/8 手臂馬達(dá) QGK=1RSD80T180E2 VF52205GB03 3/8 23 23 4． 6 動(dòng)作順序表 5 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5． 1 電氣控制方案設(shè)計(jì)和元件的選擇 可編程控制器具有通用靈活、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、易于編程、使用方便、安裝簡(jiǎn)單、便于維修等特點(diǎn) ,可見(jiàn)可編程系統(tǒng) PLC 作為電氣控制系統(tǒng)具有一般繼電器系統(tǒng)所沒(méi)有的很多優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)速度節(jié)流閥和緩沖節(jié)流閥達(dá)到控制運(yùn)動(dòng)速度的效果。 減壓閥和節(jié)流閥的壓力損失較小，其余損失為系統(tǒng)回路和氣控回路和： ∑ △ Pr2=△ P 換向閥 +△ P 油霧器 +△ P 水濾氣器 （ 4－ 5） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》表 38。 P==選擇方大 氣動(dòng) C系統(tǒng)氣源三大件： QFLJWCL8。 對(duì)馬達(dá)主控電磁換向閥的選擇 因馬達(dá)要求壓力 Pa≤ ， 流量 Qa=，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》表 3/8。 臂部 伸縮缸 CDA1BN40500 40 10 500 2 升降缸 MDBB50300 50 16 300 齒輪齒條馬達(dá) QGK1RSD80T180E2 80 0 ~ 180176。 3． 2． 9 撓度計(jì)算 考慮導(dǎo)桿在全伸出時(shí)撓度最大。 ρ —— 偏重力臂即手臂等部件總重量的重心到立柱軸線(xiàn)間的距離。 Ｍ 中間值 ＝ Nｍ ρ 中間值 ＝ 450mm＝ 則：Ｇ 配重 ＝Ｍ 中間值 ／ ρ 中間值 ＝ ／ ＝ N ｍ 配重 ＝ Ｇ 配重 ／ｇ＝ ／ ＝ kg V 配重 ＝ ｍ 配重 ／ ρ 鋼 ＝ ( 106)＝ 106mm３ （ａ： １５０ ｂ：２００ h：９２） 3． 2． 7 升降部分計(jì)算 工業(yè)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)和升降機(jī)構(gòu)安裝在底座上，它們支承著手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手腕和手部。 8 8 3 直角坐標(biāo)式 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3． 1 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 1． 抓重： 50 N （額定抓取重量或額定負(fù)荷） 2． 自由度： 4 3． 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo) 4． 最大工作半徑： 1200 ㎜ 5． 手臂最大中心高（下降時(shí)）： 800 ㎜ 6． 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) ① 伸縮行程： 500 ㎜ ② 伸縮速度： 250 ㎜／ s ③ 升降行程： 300 ㎜ ④ 升降速度： 200 ㎜／ s ⑤ 回轉(zhuǎn)范圍：０ ○ ～１８０ ○ ⑥ 回轉(zhuǎn)速度： 180○ ／ s 7． 手腕參數(shù) ① . 回轉(zhuǎn)范圍：０ ○ ～１８０ ○ ② .回轉(zhuǎn)速度：１８０ ○ ㎜／ s 8． 手指夾持范圍： Ф５０～Ф７０ 9． 定 位精度：177。 5． 手部結(jié)構(gòu) 根據(jù)已知的規(guī)格參數(shù)，我們選擇爪部通過(guò)汽缸推動(dòng)楔塊帶動(dòng)爪部杠桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)爪部張合的夾緊運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開(kāi)關(guān)電氣定位以及相關(guān)的繼電器系統(tǒng)組成的系統(tǒng)控制。 （ 4）立柱：以手臂的升降氣缸兼作立柱，以便實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的緊湊和簡(jiǎn)潔。 （ 2）手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 因此，本設(shè)計(jì)的四自由度工業(yè)機(jī)械手選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。 4．電力傳動(dòng)機(jī)械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，直線(xiàn)電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍柚虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 3． 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：既由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪，連桿，齒輪和齒條，間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。 2． 1． 2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) 根據(jù)有關(guān)資料的顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種，主要以下幾種方式，并進(jìn)行比較選擇： 1． 液壓傳動(dòng)機(jī)械手，是以油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大影響，且不宜在高溫，低溫下工作。特點(diǎn)：占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿 Z 軸方向移動(dòng)的最低位置限制，故不能抓取地面上的物體。 據(jù)設(shè)計(jì)題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有： 1．本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。 6．繪制零件圖，制訂技術(shù)要求。 1． 2 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟包括以下： 1． 根據(jù)機(jī)械手的功能要求，選定其的類(lèi)型 2．分析機(jī)械手的工作情況，確定作用在機(jī)械手上的載荷。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長(zhǎng)，成本也不低，而且質(zhì)量，可靠性不穩(wěn)定。 7．機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。 5 5 4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置，速度，加速度等傳感器外，裝配，焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)，力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)，聲覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 1． 1． 2 現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)： 1．工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度，高精度，高可靠性，便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 萬(wàn)美元降至 03 年的 萬(wàn)美元。 ⒉ 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。 ⑶ 手臂 手臂是機(jī)械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的部件。平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持變化范圍大的工件。 夾持式手部是由手指 和傳力機(jī)構(gòu)組成。 ⒈ 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由手部、手腕、手臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 （ 3） 球坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。所以，應(yīng)按生產(chǎn)實(shí)際需要選用最少的自由度數(shù)。手指的抓取動(dòng)作不計(jì)在自由度數(shù)目?jī)?nèi)。特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限的，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都要求在控制之下。 按控制系統(tǒng)可分為：點(diǎn)位控制、連 續(xù)控制。但工作不大穩(wěn)定，沖擊大，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大。 液壓機(jī)械手 —— 輸出力大 ，傳動(dòng)平穩(wěn)。 專(zhuān)用機(jī)械手 —— 一般附屬于工作機(jī)器設(shè)備，動(dòng)作程序固定，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨(dú)立，亦可以附屬與工作機(jī)械設(shè)備。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定產(chǎn)品性能及影響產(chǎn)品制造過(guò)程的首要環(huán)節(jié)。 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能順利的完成，最重要的是由三位優(yōu)秀的，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師王曉初和李克天老師的詳細(xì)耐心的解說(shuō)，教導(dǎo)。第二章總體設(shè)計(jì)以及總體說(shuō)明，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的 工作原理、組成及其種類(lèi)型式進(jìn)行介紹，確定整個(gè)機(jī)械手的總體方案。 山東大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 姓名： 1 1 論 文 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。第三章工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，是介紹各部件的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)的確定、性能的分析和各參數(shù)的計(jì)算；第四章工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（氣動(dòng)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，包括：回路設(shè)計(jì)，執(zhí)行元件選擇，控制元件選擇以及動(dòng)作順序表等進(jìn)行介紹。而本人也通過(guò)《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《可編程序控制器》以及參考其它有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍 ,經(jīng)過(guò)十三周的努力終于把此畢業(yè)設(shè)計(jì)編制而成。 因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計(jì)的課程。 通用機(jī)械手 —— 獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。如采用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。 電動(dòng)機(jī)械手 —— 直接用直線(xiàn)電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等來(lái)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力源簡(jiǎn)單，不需要能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，維護(hù)使用方便。 點(diǎn)位控制 —— 只能控制工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)點(diǎn)的位置，運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少，決定著工 業(yè)機(jī)械手動(dòng)作多樣化的程度。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)械手的自由度數(shù)目為２～５個(gè)。 （ 4）關(guān)節(jié)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 ⑴ 手部 它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。 ⑵ 手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，用來(lái)改變或調(diào)整工作的方位（即姿勢(shì)）。其作用是將被抓住工件傳送到規(guī)定位置上，它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔 助裝置組成。 2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)化發(fā)展。 5．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿 真，預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化，通用化，模化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。 3．根據(jù)工作情況分析，判定機(jī)械手的失效形式，從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。 6 6 2 總體設(shè)計(jì) 2． 1 總體設(shè)計(jì) 2． 1． 1 總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動(dòng)化裝置。通用機(jī)械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自 動(dòng)化生產(chǎn)。 3． 本工業(yè)機(jī)械手是四自由度機(jī)械手。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高， 2． 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。其中直線(xiàn)電機(jī)機(jī)械手 7 7 的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。 2． 1． 3 整體機(jī)構(gòu)的確定 1． 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）手部：既與物體直接接觸的部件，采用夾持式手部。本系統(tǒng)則通過(guò)由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方位的改變。 （ 5）機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上，起支撐和連接作用。 4． 位置檢測(cè)盒的放置：為操作和安全，把電氣控制箱置于機(jī)座上，而把操縱盒以長(zhǎng)距離，遠(yuǎn)距離的操縱方式。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起，以保證楔塊縮回時(shí)杠桿端部始終與楔塊接觸。１㎜ 10． 驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng) 11．電氣控制方式： PLC點(diǎn)位程序控制 12．電氣操作方式：手動(dòng)和自動(dòng) 3． 2 工業(yè)機(jī)械手的參數(shù) 總體 計(jì)算