【正文】 K1= ， a=2 m/s2 則 K2=1＋ = 查表 22（出自參考文獻(xiàn) [4]，以下查表相同）知 K3=5 已知 G=mg=3 = ∴ FN= 5 = 彈簧力 F 彈 的計(jì)算： 受力分析 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 圖 手部結(jié)構(gòu)受力示意圖 FN 35=F 彈 28 ∴ F 彈 = 2）手部彈簧的選用 為了使彈簧能夠可靠的工作，彈簧材料必須具有 高的彈性極限和疲勞極限，同時(shí)具有足夠的韌性和塑形，以及良好的可熱處理性。 如圖 手部設(shè)計(jì)的計(jì)算 1）手部 夾緊力的計(jì)算 夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指和工件相接觸的部分，我們將之設(shè)計(jì)為圓弧狀，這是由于該機(jī)械夾緊手部所要 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 夾持的工件為圓柱形，可使工件與手指接觸更為緊密，減小運(yùn)送過程中的振動(dòng)，提高可靠性。 本次設(shè)計(jì)采用的手部結(jié)構(gòu) 根據(jù)所要夾持的工件，本次設(shè)計(jì)選用 彈簧 式手部 ，其最大的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單。 6） 盡可能具有一定的通用性 手指 是 專用性較強(qiáng)的部件，為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀尺寸的要求，可制成組合式的手指。工件表面質(zhì)量要求高的，對 手指 應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如加軟墊等。 5）應(yīng)適應(yīng)被抓取對象的要求 適應(yīng)工作的形狀：工件的形狀為 方 形，可采用帶“ V”型口的手爪 ； 工件為圓柱狀，可選用圓弧形二指或三指爪，對于特殊形狀的工件應(yīng)設(shè)計(jì)與工件相適應(yīng)的手爪。 3）應(yīng)能保證工件的可靠定位 為了使 手指 和被夾持的工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取的工件的形狀，選用相應(yīng)的 手指 形狀來定位。 手部設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 1）應(yīng)具有足夠的的夾緊力 機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)靠 手指 夾緊工件后便把工件從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，由于工件本身的重量以及移動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性和振動(dòng)等， 手指 必須有足夠大的夾緊力才能 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 防止工件在移動(dòng)過程中脫落，一般要求夾緊力 N 為工件重量的 23 倍?；剞D(zhuǎn)型有分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)兩種。 夾持類常見的主要有夾鉗式、鉤托式、彈簧式。根據(jù)手部所抓持的工件的性狀、尺寸、重量、材料和表面狀況等的不同，手部具有多種結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)機(jī)械手往機(jī)床主軸處安裝凸輪軸時(shí)，用定位塊保證定位用凸輪輪廓對稱面與機(jī)床主軸鉛垂線在同一平面內(nèi)。前后行走機(jī)構(gòu)三角形支架與拉桿用螺紋聯(lián)接成一體，當(dāng)機(jī)械手工作時(shí) ， 由前后移動(dòng)油缸的活塞桿，通過支架和拉桿（兩桿固定聯(lián)接）帶動(dòng) 六只送料機(jī)械手的前后行走機(jī)構(gòu)，同步 地 實(shí)現(xiàn)各工序間的前后移動(dòng)，其行程為 1800mm。 送料機(jī) 機(jī)械手 的升降油缸和橫移油缸用螺栓聯(lián)接， 橫移油缸帶著滾輪（四個(gè)）被支撐在滾道上，滾道通過一個(gè)聯(lián)接板固定安裝在前后行走機(jī)構(gòu)上，從而使兩部分結(jié)合起來。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 圖 油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手配置 該送料機(jī)械手的動(dòng)作順序?yàn)椋? 原位 ——向后移動(dòng) ——下降 ——左移 （放料） ——上升 ——向前移動(dòng) ——右移 ——下降 （抓料） ——上升 ——原位。 自動(dòng)線的各工序按照加工順序（ 右 向 左 ）依次排列的。 主要參數(shù)如下： 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 抓重： 3kg 自由度： 3 個(gè) 工作范圍： 前后移動(dòng)： 1800mm 上下升降： 350mm 橫移：最大 50mm 驅(qū)動(dòng)方式： 液壓驅(qū)動(dòng) 控制方式： PLC 控制 定位方式： 機(jī)械擋塊 機(jī)械手的配置和工作原理 圖 送料機(jī)械手簡圖 該 凸輪軸 加工自動(dòng)線上有五只送料 機(jī)械手，它們的結(jié)構(gòu)完全相同，均能作前后移動(dòng)、上下升降和橫移運(yùn)動(dòng)，送料機(jī)械手簡圖如 圖 所示。 3）重量小，慣性小，可以做到快速的變速和換向，控制容易，動(dòng)作平穩(wěn)，滯后小。 該凸輪軸加工自動(dòng)線上 的送料機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)， PLC 控制，其中采取液壓驅(qū)動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）壓力高，可實(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)力，且機(jī)構(gòu)可以做的輕小，緊湊。 2）懸掛式機(jī)械手占地面積小，能有效的利用空間。該機(jī)械手在工作中需要 3 種運(yùn)動(dòng) ,包括機(jī)械手的前后、升降、橫向移動(dòng)，所以自由度數(shù)目取為 3，坐標(biāo)形式選擇直角坐標(biāo)、懸掛式。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。相對機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。 4） 關(guān)節(jié)型機(jī) 器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 21d。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。 3） 球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖 21c。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（ m? 級）。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下。在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對物料抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。傳動(dòng)裝置的作用是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各種必要的運(yùn)動(dòng)，在傳動(dòng)方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊的活塞桿傳動(dòng)。它綜合了普通機(jī)械手的技術(shù)又針對凸輪 軸的性狀特點(diǎn)，在充分發(fā)揮液壓控制的特點(diǎn)和基礎(chǔ)上，對 送 料機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案 。隨著我國工業(yè)的 發(fā)展，在各種惡劣環(huán)境下、由于工藝的復(fù)雜化以及人性化生產(chǎn)要求，生產(chǎn)過程中的手工送、取原料和加工成型料，在生產(chǎn)中由于存在著效率、速度、精度、安全等方面的一系列問題，已逐步由自動(dòng)送料、取料機(jī)構(gòu)所取代，從而進(jìn)一步滿足了生產(chǎn)自動(dòng)化的要求，大幅度提高生產(chǎn)了效率、生產(chǎn)質(zhì)量也達(dá)到保證。所以，早期的氣動(dòng)工業(yè)機(jī)械手不能實(shí)現(xiàn)任意位置的定位，因此限制氣動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展。 定位精度發(fā)展現(xiàn)狀 ： 在氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展初期，由于技術(shù)的不成熟，利用氣壓驅(qū)動(dòng)的工 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 業(yè)機(jī)械手的定位精度很低，更無法實(shí)現(xiàn)在任意位置的起停，只能靠氣缸兩個(gè)終點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)定位，或者采用多位 氣缸，而多位氣缸的定位長度，也已經(jīng)由氣缸的行程確定，同樣無法實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在任意位置的起停。同時(shí)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，必須使用減速機(jī)構(gòu)，因此，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)械手的成本會(huì)大大高于其他方式驅(qū)動(dòng)的，因而限制了電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用。 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀 驅(qū)動(dòng)方式發(fā)展現(xiàn)狀 ： 現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式大多采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這類機(jī)械手的動(dòng)作程序在給定的性能范圍內(nèi)是可變的，通過調(diào)整可使得該類型的機(jī)械手在不同的場合使用，同時(shí)它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。專用機(jī)械手適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)線，如自動(dòng)線上 的上下料機(jī)械手、各種自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)換刀械手等。 按用途分類 1) 專用機(jī)械手 專用機(jī)械手是附屬于主機(jī)的且具有一定的程序同時(shí)沒有獨(dú)立的控制系統(tǒng)的一類機(jī)械手。它是一種專用機(jī)械手，它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)精確可靠，主要用于工作主機(jī)的上下料。當(dāng)前這類機(jī)械手使用還不是很廣泛，但非常有發(fā)展前途。但是，由于空氣具有可壓縮性，導(dǎo)致該類型機(jī)械手的工作速度穩(wěn)定性比較差，沖擊較大，如果氣源壓力比較低，抓取力一般小于 300N，相比之下，該類型的機(jī)械手比液壓傳動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，因此該類型機(jī)械手適用于高速度、小負(fù)載、高溫度和高 粉塵的工作環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。 2) 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以空氣的壓力作為動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)械手。但是這類機(jī)械手也存在一定的缺點(diǎn)，它對密封裝置要求非常高，要求密封裝置不能有一點(diǎn)的泄露，否則機(jī)械手的工作性能將大大的降低，同時(shí)該類型的機(jī)械手不宜在溫度過高和溫度過低的環(huán)境下作業(yè)。 按驅(qū)動(dòng)方式分類 1) 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力作為動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一類機(jī)械手。 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 位置檢測系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手精確定位的裝置，主要作用是實(shí)時(shí)檢測機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體位置，并將機(jī)械手的位置信息實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)根據(jù)反饋回來的機(jī)械手位置與給定機(jī)械手位置進(jìn)行比較，及時(shí)地修正機(jī)械手的位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。當(dāng)前市場上的絕大部分工業(yè)機(jī)械手，采用的驅(qū)動(dòng)方式為液 壓驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系一般都包括主控系統(tǒng)與定位系統(tǒng)。 工業(yè)機(jī)械手的組成 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、位置檢測系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。可在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上是不連續(xù)的。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。 工業(yè) 機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常 遇到 的一種控制對象。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著地 優(yōu) 點(diǎn)而得到特別重視。s loop movement is designed. The work of the manipulator timing diagram and ladder diagram are draw according to work for the process of PLC control scheme, and working out PLC control procedures. Key word: Manipulator ， Camshaft ， Hydraulic system， Programmable Logic Controller (PLC) 遼寧科技大學(xué)本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 I 頁 目 錄 1 緒論 .............................................................................................................. 1 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 .......................................................................................... 1 工業(yè)機(jī)械手的組成 .......................................................................................................... 1 工業(yè)機(jī)械手的分類 .......................................................................................................... 2 按驅(qū)動(dòng)方式分類 ...................................................................................................... 2 按手臂坐標(biāo)分類 ...................................................................................................... 3 按用途分類 .............................................................................................................. 3 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................. 3 研究意義 .......................................................................................................................... 4 2 總體設(shè)計(jì)方案的論證