【正文】 Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design,Information Visualisation,2002. International Conference on，1012 July 2002,Page(s):502 507 附 錄主要符號(hào)表 手指夾緊力 ND 彈簧中徑 彈簧內(nèi)徑 彈簧外徑 C 彈簧旋繞比 n 彈簧有效圈數(shù)M 轉(zhuǎn)動(dòng)缸的回轉(zhuǎn)力矩 偏重力臂 mm 偏重力矩 t 螺釘間距 mm 螺釘承受的拉力 N 工作載荷 N 預(yù)緊力 N 轉(zhuǎn)動(dòng)缸起動(dòng)角 度 轉(zhuǎn)動(dòng)缸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 。相信這對(duì)以后的生活和學(xué)習(xí)都將產(chǎn)生非常積極的影響。機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)手臂的水平伸縮、垂直升降、回轉(zhuǎn)，手腕旋轉(zhuǎn)，手爪抓取等功能，基本滿足設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)性能。在本設(shè)計(jì)中，我完成了總體方案的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并進(jìn)行了必要的校核計(jì)算。下面的程序在STEP7中編譯完全通過，無任何錯(cuò)誤。具體I/O分配如下表所示：表81 I/O分配表輸入部分輸出部分功能地址說明功能地址說明啟動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB1接入原位指示接指示燈HL上限位信號(hào)SQ1接入上升接電磁閥YV1下限位信號(hào)SQ1接入下降 接電磁閥YV2伸限位信號(hào)SQ1接入伸長接電磁閥YV3縮限位信號(hào)SQ1接入縮回接電磁閥YV4停止啟動(dòng)按鈕SB2接入手臂左旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV5手臂右旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV6手腕左旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV7手腕右旋轉(zhuǎn)接電磁閥YV8手爪夾/松接電磁閥YV9具體S7—200CUP226的結(jié)構(gòu)接線如下圖所示圖 機(jī)械手PLC控制接線圖具體機(jī)械手動(dòng)作的執(zhí)行順序如下：上升 伸長 夾緊 縮回 手腕左擺 手臂左擺 下降 松開工件 上升 手腕右擺 手臂右擺 下降動(dòng)作執(zhí)行的具體位置如圖8—2所示：圖 機(jī)械手動(dòng)作分解圖 PLC程序設(shè)計(jì)及仿真 ：12手爪夾緊延時(shí)T37延時(shí)T38延時(shí)T39手爪松開延時(shí)T40延時(shí)T41延時(shí)T423456789101112,，燈HL亮圖 機(jī)械手程序流程圖 本程序設(shè)計(jì)是在西門子STEP7Micro/WIN 。移位寄存器的特點(diǎn)如下：N要小于64，具體由程序指定當(dāng)N0時(shí)，為正向移位，即從最低位向最高位移位；當(dāng)N0時(shí)，為反向移位，即從最高位向最低位移位。此外， 順便說明下面程序用到的移位寄存器SHRB，它在順序控制或步進(jìn)控制中，都很方便。在此說明下本設(shè)計(jì)要用到的TON無記憶定時(shí)器，按定時(shí)精度有1ms,10ms,100ms三個(gè)等級(jí)，其中1ms的定時(shí)器編號(hào)為T32，T96；10ms的有T33~T36,T97~T100。 PLC選擇及I/O分配本設(shè)計(jì)采用西門子公司生產(chǎn)的S—200系列PLC，型號(hào)為CPU226 ，本機(jī)I/O為：24入/16出，類型為：繼電器，輸出電壓為ＤＣ：２４Ｖ，ＡＣ：２４Ｖ～２３０Ｖ，輸出電流為２Ａ。一般PLC都具有自診斷、故障報(bào)警、故障種類顯示等功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易通過更換模塊插件來迅速排除故障。在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，一般不再需要用戶制作其它任何附加裝量，從而使設(shè)計(jì)工作簡化。（3）通用性強(qiáng) 各個(gè)PLC的生產(chǎn)廠家都有其各種系列化產(chǎn)品、各種模塊供用戶選擇。（2）編程簡單 PIC最常用的編程語言是梯形圖語言，梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。PLC的向可靠性已受到用戶的普遍認(rèn)可。 圖 機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖8 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高由于采取了一系列的保證PLC高可靠件的措施，PLC的平均無故障時(shí)間(MTBF)一般可達(dá)3—5萬h。為減少回油阻力，電磁閥回油口可統(tǒng)一接到或部分直接接回油箱，這根據(jù)具體管路設(shè)計(jì)情況及散熱效果而定。單向閥起單向過流和系統(tǒng)保壓作用。壓力繼電器起過壓發(fā)訊作用。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 (5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 (4)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗鼘?duì)液體的壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘500次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘1000次。 (2)液壓裝置工作比較平穩(wěn)。在同等功率的情況下，液壓裝置的體積小．重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。其結(jié)構(gòu)參看本章開始的——。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)。起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差t=。由力的平衡條件有=h=即 ==所謂的不自鎖條件為：即 取 () 當(dāng)=1650mm時(shí)，=528mm因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于528mm 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f=G——零件及工件所受的總重?，F(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算：總共=33Kg+++= (2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。 于是得 式中——每個(gè)螺釘預(yù)緊力；D——?jiǎng)悠耐鈴?；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=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d=。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。危險(xiǎn)截面所以， 所以螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆铰葆數(shù)闹睆竭x擇d=。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計(jì)算： ()D=151mm既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為150mm,(不是最終尺寸)，再經(jīng)過配合等條件的考慮。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)。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。 ()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)過程中=；t——起動(dòng)過程的時(shí)間(s)。回轉(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。具體結(jié)構(gòu)見下圖。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。（2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。對(duì)于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： ()設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。 ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。得 得 ()式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計(jì)算。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙作用液壓缸。（3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：（1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。（4） 驅(qū)動(dòng)