【正文】 19 19 23 24 24 24 27 27 27 29 動(dòng)工作原理圖 29 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 31 32 32 結(jié)論和展望 參考文獻(xiàn) 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 6 1 緒言 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手 具有很廣泛的用途。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。 機(jī)械手的概述 機(jī)械手的組成： 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其 結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。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。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)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(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按 照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。工作時(shí) 機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 8 本課題設(shè)計(jì)要求 本課題研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了上料機(jī)械手的搬運(yùn)的工作的原理。 運(yùn)用液壓傳動(dòng)的技術(shù)和 PLC的控制系統(tǒng)來對(duì)上料搬運(yùn)機(jī)械手來實(shí)施控制，進(jìn)而分析它的運(yùn)動(dòng)過程，來完成最后的機(jī)械手設(shè)計(jì)。 技術(shù)方案（技術(shù)路線、技術(shù)措施） 運(yùn)用液壓傳動(dòng)來控制機(jī)械手的放松，伸縮，升降，回轉(zhuǎn)，橫移和抓緊等自由度，最后運(yùn)用 PLC來編程來實(shí)施各自由度的總控制 。 2） .計(jì)算及校核方面的不合理，應(yīng)對(duì)的措施：計(jì)算要有相當(dāng)?shù)膰?yán)密性，并且要合理的應(yīng)用公式，不要亂用公式。 3） .文獻(xiàn)翻譯的不合理，應(yīng)對(duì)措施：要多翻課外的參考資料，不懂就要查字典。 4） .作圖方面的不合理，應(yīng)對(duì)措施：要熟悉自己的作圖軟件并且作圖時(shí)要仔細(xì)。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 9 2 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 2． 1 手部結(jié)構(gòu) 四自由度液動(dòng)機(jī)械手采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，由手抓和傳力機(jī)構(gòu)所組成。 1)不論是夾持或是吸附，末端執(zhí) 行器需具有滿足作業(yè)要求的的足夠的夾持力和所需的夾持位置精度。專用的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，而能完成多種作業(yè)的萬(wàn)能末端執(zhí)行器可能具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴的缺點(diǎn)，因此提倡設(shè)計(jì)可快速更換的系列化、通用化專用末端執(zhí)行器?；剞D(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式和內(nèi)撐式，按驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種。這個(gè)偏移量稱為夾持誤差。 當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械式夾持器式，在滿足工件定位精度要求的條件下，盡可能采用結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)型夾持器 。所以 本設(shè)計(jì)采用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手爪。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 10 αααα αα 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 PF = 22 cos Nb Fa ? （ ） 式中 ： PF —— 驅(qū)動(dòng)力 NF —— 夾緊力 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離 b—— 手指長(zhǎng)度 ? —— 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 （ 1） 設(shè) K=， x mgP? ， ?? 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? 6 si n 60 NF N N?? ? ?? ? ? （ 2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： 2 2p 2 b c os 13 0 2 80 c os 35 349a 40NFFN??? ? ? ?? ? ? 由于實(shí)際采用的 液 壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取 ~ ?? 。一般 液壓 缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10， 其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算 : ][2/ ?? pDP? （ ） 式中 ， ? 缸筒壁厚， mm D 液壓 缸內(nèi)徑， mm pP 液壓 缸試驗(yàn)壓力，一般取 pPp ? （ Pa） p 液壓 缸工作壓力 （ Pa） ][? 缸筒材料許用應(yīng)力（ Pa） 本設(shè)計(jì) 手爪夾緊 液壓 缸缸筒材料采用為 :鋁合金 ZL1060,[? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? 3 6 64 0 1 0 1 . 5 0 . 4 1 0 / ( 2 3 1 0 )4 ( )mm?? ? ? ? ? ? ?? 取 4mm?? ，則缸筒外徑為 : 1 40 4 2 48 ( )D m m? ? ? ? L計(jì)算 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 13 活塞桿的位移量 1 0 tg3 5 1 0 tg 5 6 .1 2 7 mm??? ? ? （ ） 液壓 缸 的活塞 行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加 mm20~10 的行程余量 。如圖 ，計(jì)算 過程 如下。 MAXF KCd?? （ ） d? ? ?39。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比 0 74 2 .4 730Hb D? ? ?，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。? 當(dāng)兩端固定時(shí)， ? ,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)， ? ；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， ? 。 (8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。 現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 16 3. 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （ 3） 必須考 慮工作條件 對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用。 (2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) 115176。綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。 115176。 （ 2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 M摩 。時(shí)，計(jì)算力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為 220mm，直 徑 120mm， 其重力估算 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1 9 0G Kg m N Kg N?? ? ? ? ? ? （ 2） 擦力矩 ?摩。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 2 2 2 2 21 G 1 6 9. 8( 3 ) ( 0. 15 3 0. 04 ) 0. 01 36 512 12 9. 8J l R Nm Sg ?? ? ? ? ? ?工 件 （ ） 代入： . 03 42 0. 01 36 5 0. 37 N2 0. 31 4Mm? ? ??慣 （ ） （ ） 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 Nm? 表 31 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 18 設(shè)定腕部的部分尺寸： 根據(jù)表 31設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=26mm，外徑根據(jù)表 32選擇 100mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，動(dòng)片寬度 b=40mm,輸出軸 r= 。sQ Q QF F F?? （ ） 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm) 小于 150 小于 120 小于 100 小 于 80 上料液壓傳動(dòng)機(jī)