【正文】 工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。 目錄 1 緒論 1 前言 1 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 1 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 3 機(jī)械手的組成 4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 5 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 7 機(jī)械手基本形式的選擇 7 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 7 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 8 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 手部設(shè)計(jì)基本要求 9 典型的手部結(jié)構(gòu) 9 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 13 彈簧的 設(shè)計(jì)計(jì)算 14 4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 17 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 17 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 5 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 23 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 23 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 24 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 24 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 27 6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 29 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 34 軸承的選擇分析 37 7 液壓驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn) 38 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 8 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 PLC 的特點(diǎn) 40 PLC 的選擇及 I/O 分配 40 PLC 程序設(shè)計(jì)及仿真 42 結(jié)論 50 致謝 51 參考文獻(xiàn) 52 附錄 53 緒論 前言 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。s hand. Keywords: manipulator。s design theory and method. The prehensive exhaustive discussion has transported manipulator39。 最后使用軟件對(duì)機(jī)械手 PLC 控制仿真。 文章中介紹了搬 運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。同時(shí)，對(duì)機(jī)械手的通用性主要是采用可更換式手部結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)更換手部，可使機(jī)械手抓取外圓零件和內(nèi)圓零件，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的多功能化。機(jī)械手采用液壓傳動(dòng)，使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠；選用可編程控制器對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行控制，使控制程序簡(jiǎn)單，系統(tǒng)維護(hù)方便。 首先，本文介紹機(jī)械手的作用，機(jī)械手的組成和分類，說(shuō) 明了自由度和機(jī)械手整體座標(biāo)的形式。畢業(yè)設(shè)計(jì) 具有五個(gè)自由度的機(jī)械手設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢 業(yè) 論 文 題 目： 具有五個(gè)自由度的機(jī)械手設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 教 授 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 年 月 日 共 59 頁(yè) 摘要 隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。文章主要敘述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 。同時(shí)，本文給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)機(jī)械手和液壓缸部分做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。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、旋轉(zhuǎn)和抓取等功能，這些動(dòng)作都是可編程控制器控制，用液壓缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手來(lái)完成的。全面詳盡的討論了搬運(yùn)機(jī)械手的手部、腕部、手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；液壓傳動(dòng)；液壓缸； PLC 仿真； Abstract The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator. The first ， The paper introduces the function,posing and classification of the manipulator,tells out the freedegree and the form of the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. Manipulator use hydraulic drive so the transmission system can be simple and reliable. The manipulator and hydraulic cylinder are detailed introduction in this paper. The movements of mechanical hands are controlled by programmable controller which procedures are simple and the system maintenance can be convenient. And the universal ability of manipulator is based on the interchangeability of the hand’s structure. Manipulator can grasp cylindrical parts and inner parts through the replacement of hand so system is multifunctional. Manipulator overall structure achieves some functions of the level expands and contracts, the vertical fluctuation and captures the semifinished materials. All those movements are controlled by programmable controller and realized by hydraulic cylinders. This article system elaboration industry manipulator39。s hand, the wrist, the arm ， the fuselage and so on ,which the major structural design putation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator39。 hydraulic power transmission ； Hydraulic cylinder； Programmable logic Controller simulation。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已 成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門(mén)新興的學(xué)科――機(jī)械手工程。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。 機(jī)械手的發(fā)展是 由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可 從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20世紀(jì) 50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司（ Unimaton） ,專門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。據(jù)報(bào)道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50 多個(gè)。 1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。 具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978 年增長(zhǎng) 50%。截止 1979 年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900 臺(tái)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。 第三 代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS Flexible Manufacturing system 和柔性制造單元 Flexible Manufacturing Cell 中重要一環(huán)。 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(duì)象。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。可在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。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)化而產(chǎn)生的。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤(pán)類、環(huán)類）自動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有 采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用很多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二車床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的 Y38 滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾銑花鍵機(jī)床機(jī)械手等。如 上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位機(jī)床）和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠 200t 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠 400t 沖床的下料機(jī)械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機(jī)械手等。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。 傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連 桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。手腕有獨(dú)立的自由度。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作 中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。 （ 4） 行走