【正文】 Pq = Fm + Fg (N) 式中 Fm——各支承處的摩擦阻力； Fg——啟動過程中的慣性力，其大小可按下式估算： Fg = a (N) 式中 W ——手臂伸縮部件的總重量 (N)； g ——重力加速度()。機械手工作時，臂部所受的負荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。當活塞缸5通壓力油時，其缸體就帶動滑臺1，沿著燕尾形滑座2做橫向往復(fù)運動。 圖7 手臂升降和回轉(zhuǎn)機構(gòu)圖 手臂的橫向移動 如圖8所示為手臂的橫向移動機構(gòu)。 手臂回轉(zhuǎn)運動 實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵9實現(xiàn)。當升降缸上下兩腔通壓力油時，活塞杠4做上下運動，活塞缸體2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。在導(dǎo)向桿1的尾端用支承架4將兩個導(dǎo)向桿連接起來，支承架的兩側(cè)安裝兩個滾動軸承2，當導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動時，支承架上的滾動軸承就在支承板3的支承面上滾動。對于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機構(gòu)。 圖5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)時，必須采用適當?shù)膶?dǎo)向裝置。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端，當雙作用油缸1的兩腔分別通入壓力油時，則推動活塞桿2(即手臂)作往復(fù)直線運動。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂機構(gòu)中應(yīng)用比較多。 機械手手臂的伸縮、升降及橫向移動均屬于直線運動，而實現(xiàn)手臂往復(fù)直線運動的機構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油(氣)缸、活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)、絲桿螺母機構(gòu)以及活塞缸和連桿機構(gòu)。 ④運動要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運動速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動即不平穩(wěn)，定位精度也不會高。 ③偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。因此設(shè)計臂部時一般要注意下述要求： ①剛度要大 為防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小(即臂力)和定位精度等都直接影響機械手的工作性能，所以必須根據(jù)機械手的抓取重量、運動形式、自由度數(shù)、運動速度及其定位精度的要求來設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)型式。；立柱的橫向移動即為手臂的橫向移動。 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將M取大一些，可取 M =∽ (M慣+M偏+M摩 ) () M = *(++) = () 第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 概述 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。m) 式中 ——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度(rad)。m) 按已知計算得J=，J工件 =，=,t=2 故 M慣 = (Nm) 式中 ——手腕回轉(zhuǎn)角速度 (1/s) T——手腕啟動過程中所用時間(s)，(假定啟動過程中近為加速運動) J——手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量(kg手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： M驅(qū)=M慣+M偏+M摩 () 式中 M驅(qū)——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M慣——慣性力矩 () M偏——參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 () M摩——手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 () 圖4 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算圖 (1) 摩擦阻力矩M摩 M摩 =(N1D1+N2D2) () 式中 f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取f=，滑動軸承取f=； N1 、N2 ——軸承支承反力 (N)； D1 、D2 ——軸承直徑(m)由設(shè)計知D1= D2= N1=800N N2=200N G1=98N e= M摩 =*(200*+800*)/2 得 M摩 =()(2) 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏 M偏 =G1 e () 式中 G1——工件重量(N) e——偏心距(即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離)，當工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時，M偏為零 當e=，G1=98N時 M偏 = (N當回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為手腕的回轉(zhuǎn)運動。.如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進行連接和定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為177。(3) 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題(4) 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。設(shè)計腕部時要注意以下幾點：(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。)*49=(N) P實際=P計算K1K2/η 取η=, K1=, K2=1+1000/9810≈ 則 P實際=**(N) 兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析圖2 帶浮動鉗口的鉗爪 鉗口與鉗爪的連接點E為鉸鏈聯(lián)結(jié),如圖示幾何關(guān)系,若設(shè)鉗爪對稱中心O到工件中心O′的距離為x,則 x=當工件直徑變化時,x的變化量即為定位誤差△,設(shè)工件半徑R由Rmax變化到Rmin時,其最大定位誤差為△ =∣∣ 其中l(wèi)=45mm ,b=5mm，a=27mm ,2=120176。,α=30176。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力P實際應(yīng)按以下公式計算，即： P實際=PK1K2/η式中 η——手部的機械效率，~； K1——安全系數(shù)，~2 K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計，K2=1+a/g，其中a為被抓取工件運動時的最大加速度，g為重力加速度。 這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。~40176。 α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。手指握緊工件時所需的力稱為握力(即夾緊力)，假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以N表示。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ∑Fx=0,P1=P2。 圖1 滑槽杠桿式手部受力分析 驅(qū)動力的計算 如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。 （4）應(yīng)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 （3）應(yīng)保證工件的準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 （1）應(yīng)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。第二章 手部結(jié)構(gòu)手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。 驅(qū)動方式一般有四種：氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。在機械手中，用行程開關(guān)與機械擋塊檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應(yīng)用也是最多的。本機械手采用行程開關(guān)式。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運動，工作范圍較大。本機械手采用機座式。手指夾緊油缸的運動速度(V夾 = 50 mm/s) 手臂的配置形式 機械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。手臂升降速度(V臂升 = 50 mm/s)。手臂回轉(zhuǎn)速度(V臂回 = 40176。 液壓上料機械手的各運動速度：手腕回轉(zhuǎn)速度(V腕回 = 40176。 (3) 在工作拍節(jié)短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運動速度。液壓上料機械手要完成整個上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動作，這些動作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時間內(nèi)完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對分配的方案進行比較，才能確定。；手臂升降行程170mm；手臂水平運動行程100mm。；手臂伸長量150mm；手臂回轉(zhuǎn)角度177。本機械手的動作范圍：手腕回轉(zhuǎn)角度177。 工作范圍的確定 機械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。定位精度為177。 我要設(shè)計的機械手 臂力的確定目前使用的機械手的臂力范圍較大，最大為8000N。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻。這是一種誤解。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。(5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。(3) 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(2) 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。如古希臘神話《阿魯哥探險船》中的青銅巨人泰洛斯(Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時刻激勵著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動木人和一些簡單的機械偶人。[關(guān)鍵詞] 機械手、液壓、控制回路、PLC。畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 機械手控制電路 [摘 要] 本次設(shè)計的液壓傳動機械手根據(jù)規(guī)定的動作順序，綜合運用所學(xué)的基本理論、基本知識和相關(guān)的機械設(shè)計專業(yè)知識，完成對機械手的設(shè)計，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC控制系統(tǒng)原理圖。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機械器件組成；在液壓傳動機構(gòu)中，機械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動采用齒條油缸，機械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC類型為FX2N，當按下連續(xù)啟動后，PLC按指定的程序，通過控制電磁閥的開關(guān)來控制機械手進行相應(yīng)的動作循環(huán)，當按下連續(xù)停止按鈕后，機械手在完成一個動作循環(huán)后停止運動。The design of the hydraulic manipulator Abstract: The design of hydraulic drive manipulator movements under the provis