【正文】 設(shè)計(jì)符合要求?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。同時(shí)成本低廉。工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。另外，該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件，也可供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)使用。該機(jī)械手可以選擇配置普通的夾持手指，以抓取一般工件。4, I/0分配根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用OMRONC 28P型PC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為0000^0015。至此，一個(gè)工作循環(huán)完畢。(7DT通電) →手臂伸長至限位開關(guān)(3DT通電) →檢查有無物品，若有物品，手爪抓緊(9DT通電) →手臂收縮至限位開關(guān)(4DT通電) →上升至上限位開關(guān)(6DT通電) →左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動(dòng)作(2DT通電) →手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90176。工業(yè)機(jī)械手的工作流程此機(jī)械手用于沖床的上下料。這樣 ，可用PLC的8個(gè)輸出端與電磁閥的8個(gè)線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵(lì)，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。以上動(dòng)作均采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，即用五個(gè)二位五通電磁閥(每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作)分別控制五個(gè)氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動(dòng)作。繞豎直軸的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)及逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。它的手臂具有三個(gè)自由度，即水平方向的伸、縮。(7)保存程序調(diào)試通過的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。程序設(shè)計(jì)(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進(jìn)行。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。(4)助記符機(jī)器程序相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號(hào)來識(shí)別信號(hào)的。(2) I/0分配即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào)。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第三階段是程序處理階段。在處理輸入信號(hào)階段，CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。第一階段是初始化處理。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。第七章 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。圖61 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 Principium Diagram Of Air Pressure System of Manipulator各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。第六章 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖6 1所示為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。這個(gè)液壓緩沖器的緩沖行程最大為40mma緩沖油缸的阻尼力在第一段行程024mrn范圍時(shí)，調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥4,阻尼力約為15002000N。一，亦可重復(fù)上述兩次緩沖動(dòng)作過程，因此此液壓緩沖器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)定位點(diǎn)的緩沖和定位。當(dāng)手臂轉(zhuǎn)動(dòng)到該工位即將停止時(shí)，回轉(zhuǎn)中間定位塊碰擋塊氣缸1，使擋塊氣缸向左移動(dòng)，左邊緩沖油缸2中的油經(jīng)過兩次節(jié)流回到氣一液轉(zhuǎn)換缸3中，發(fā)出信號(hào)雙電磁鐵滑閥A換向，擋塊氣缸1上部進(jìn)氣使活塞桿下降，同時(shí)壓縮空氣通過電磁滑閥B進(jìn)入氣一液轉(zhuǎn)換缸3的右腔，使壓力油進(jìn)入處于定位狀態(tài)的左邊緩沖油缸2中，使活塞桿伸出把擋塊氣缸1推回到中間位置，每當(dāng)手臂旋轉(zhuǎn)要求有中間定位點(diǎn)時(shí)，擋塊氣缸活塞桿作一次伸縮運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)作時(shí)間與手臂回轉(zhuǎn)動(dòng)作的指令時(shí)間無關(guān)。當(dāng)緩沖行程為30mm時(shí)，該緩沖器可以達(dá)到平均減速度約為24m/s2，.工作原理如附圖所示，手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓緩沖器是雙缸兩級(jí)節(jié)流阻尼管路連接式的液壓緩沖器，緩沖器第一級(jí)節(jié)流阻尼由單向節(jié)流閥(L125) 4完成，第二級(jí)節(jié)流阻尼由裝在緩沖油缸端蓋上的可調(diào)緩沖閥完成。第二級(jí)緩沖行程范圍為2839mm)。緩沖器的級(jí)沖行程范圍為039mm(第一級(jí)緩沖行程范圍為。對于升降運(yùn)動(dòng)定位前的15^30mm)，運(yùn)動(dòng)部件接觸緩沖器油缸的活塞桿5，使油缸左腔里的油液通過節(jié)流閥a、單向閥d, e(見原理圖)流到油缸的右腔，油液受阻產(chǎn)生阻力抵消運(yùn)動(dòng)件(手臂)的部分驅(qū)動(dòng)力和慣性力，使手臂減速運(yùn)動(dòng)。在緩沖器缸體1上，裝置了可調(diào)節(jié)流閥a和b，每個(gè)節(jié)流閥各自并聯(lián)兩只單向閥組成第一級(jí)緩沖油路，由可調(diào)節(jié)流閥c單獨(dú)組成第二級(jí)緩沖油路。設(shè)計(jì)符合要求。該極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。因此，活塞桿內(nèi)徑要盡可能大，假設(shè)取d=70mm, d=56mm.校核如下:(按縱向彎曲極限力計(jì)算)氣缸承受縱向推力達(dá)到極限力F以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。1．驅(qū)動(dòng)力計(jì)算根據(jù)手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力公式:F=Ff + 其中，由于手臂運(yùn)動(dòng)從靜止開始，所以△v=v,摩攘系數(shù):設(shè)計(jì)氣缸材料為ZL3，活塞材料為45鋼，查有關(guān)手冊可知f=:手臂伸縮部分主要由手臂伸縮氣缸、手臂回轉(zhuǎn)氣缸、夾緊氣缸、手臂伸縮用液壓緩沖器、手爪及相關(guān)的固定元件組成。手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用多點(diǎn)定位緩沖裝置，其工作原理見回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器部分。因轉(zhuǎn)柱和手臂用螺栓連接，故手胃亦作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體轉(zhuǎn)軸11(它與動(dòng)片焊接成一體，見EE剖面)、定片1回轉(zhuǎn)定位塊回轉(zhuǎn)中間定位塊9和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器(此部件位置參見附圖)等組成。手臂下降靠自重實(shí)現(xiàn)。上升行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊5來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)柱1上鉆有a, b, c, d, e和f六條氣路，在轉(zhuǎn)柱上端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸(用a, b氣路)，手部夾緊氣缸(用d氣路)和手臂伸縮氣缸(用c, e氣路)，轉(zhuǎn)柱下端的f氣路，將壓縮空氣引到升降缸上腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動(dòng)升降缸體3上升，并由兩個(gè)導(dǎo)向桿14進(jìn)行導(dǎo)向，同時(shí)碰鐵4隨升降缸體3一同上移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊5后，即帶動(dòng)定位拉桿6,緩沖撞鐵7向上移動(dòng)碰觸升降用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。其結(jié)構(gòu)如附圖所示。P密——密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力 不 同 。當(dāng)壓力油(或壓縮空氣)輸入工作腔時(shí)，驅(qū)使手臂前伸(或縮回)，其驅(qū)動(dòng)力應(yīng)克服手臂在前伸(或縮回)起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力，手臂運(yùn)動(dòng)件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓)所造成的阻力，因此，驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為:P驅(qū) = P慣 + P摩 + P密  + P背 N （51）式中:P慣——手伶在起動(dòng)過程中的慣性力(N)。手臂作水平伸縮時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力:圖43 手嘴伸出時(shí)的受力狀態(tài)圖4 3 所示為活塞氣缸驅(qū)動(dòng)手臂前伸時(shí)的示意圖。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。另外活塞套桿6做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運(yùn)動(dòng)速度。d是接到手部夾緊氣缸的。手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的緩沖采用液壓緩沖器實(shí)現(xiàn).手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸5實(shí)現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構(gòu)見AA剖面。為了保證手嘴伸縮的快速運(yùn)動(dòng)。在空心活塞套桿6中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。該機(jī) 械 手 的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過程描述如下:手臂主要由雙作用式氣缸導(dǎo)向桿定位拉桿3和兩個(gè)可調(diào)定位塊4等組成。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差第五章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。r 輸 出 軸半 徑(cm)。P 回 轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力(N﹒cm)。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的二理如圖42所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。f——軸承摩擦系數(shù)，對于滾動(dòng)軸承f= ，對于滑動(dòng)軸承f=。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩MM=式中 : G——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)?！饎?dòng)過程所需的時(shí)間(S)。G——工件的重量(N)。cms)。J——工件對手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(NcmM—— 手 腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 (Kg﹒cm )。M—— 慣性力矩(Kg﹒cm)。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)。目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。當(dāng)吸盤水平吸附時(shí)，取=l。 因 此 ，應(yīng)根據(jù)工作條件的不同，選取工作情況系數(shù)，一般可在(1～3)的范圍內(nèi)選取。若裝有分料器 ， 則 吸附力就可小些?！ぷ髑闆r系數(shù)。D——吸盤直徑 (cm).N——分吸盤數(shù)量，本機(jī)械手吸盤數(shù)量為1。在圖34中，噴嘴5與噴嘴套6的相對位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小。當(dāng)間隙太大時(shí)，離噴射氣體越遠(yuǎn)的氣體被帶著向前運(yùn)動(dòng)的速度就越低，同時(shí)間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當(dāng)在C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處A進(jìn)入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處X時(shí)〔即臨界面積)，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即= 8P,。圖 3 3 噴 射 氣 流 原 理 圖噴射式氣流負(fù)壓吸盤的工作原理如圖33所示，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。按形成負(fù)壓(或真空)的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤。它適用于搬運(yùn)一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更為明顯。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁