【正文】 動機構(gòu)，確定了機械手的主要技術參數(shù)；完成了油泵凸輪軸自動線送料機械手的總體方案設計。 最 后 ， 通 過 對 機 械 手 的 動作行程分析，設計了可滿足機械手循環(huán)動作要求的液壓系統(tǒng)原理圖。 關鍵詞： 機械手；凸輪軸；液壓系統(tǒng) ； PLC 設計 The Design of 6135 Diesel Engine Oil Pump Cam Shaft Automatic Production Line Feeding Manipulator 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設計 第 II 頁 ABSTRACT With the development of industrial automation, the industrial manipulators are used widely. They are applied in kinds of industry. The main idea of this article is the design of manipulator to moving workpieces between adjacent working position, that is the design of automatic production line for camshaft pump feeding manipulator. Firstly, the basic concept of the robot is introduced briefly, the position and classification of robot, the development history of industrial robots and development trends of industrial robots. Secondly, to analyzing the process of automatic production line for camshaft pump feeding robot, the coordinates form， the number of freedom and drive mechanism of manipulator are determined, the main technical parameters of mechanical hand is identified, and the overall design of automatic line feed pump camshaft mechanical hand is pleted. Thirdly, the structure design of hand, arm and body are pleted. Finally, through analyzing the movement of mechanical hand, the schematic diagram of hydraulic system to meet the requirements of manipulator39。機械手廣泛地用于鍛壓、沖壓、鑄造、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)?？傊瑱C械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)上產(chǎn)自動化的一個重要手段，國內(nèi)外都很重視它的應用和發(fā)展。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等 ，應用非常廣泛。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。目前在我國機械手常用于完成的工作有 ：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品 傳送到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫溶液等等。 控制系統(tǒng)，是機械手系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是使得工業(yè)機械手能夠按照預定的動作正確地完成每一個動作。 驅(qū)動系統(tǒng)，是工業(yè)機械手的動力裝置，主要作用是作為執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動源，由動力源和輔助裝置組成。 執(zhí)行機構(gòu)，是工業(yè)機械手的最終執(zhí)行機構(gòu)，作用是完成工件的取送工作，當前市場上大多數(shù)工業(yè)機械手的執(zhí)行機構(gòu)為手抓、夾鉗和吸盤。 工業(yè)機械手的分類 關于工業(yè)機械手的分類，在國際上尚無統(tǒng)一的分類，本文在此暫時按驅(qū)動方式、手臂坐標、使用范圍對工業(yè)機械 手進行分類。這類機械手的特點是：運行平穩(wěn)、抓取力大、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。如果該類型機械手采用電氣和液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合的控制策略，則可以大大的提高機械手的整體性能，還可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，從而加大該類型機械手的通用性，但是電 液伺服閥制造精度相對較高，而且油液過濾要求極其嚴格，成本也非常高，這就大大的限制了液壓傳動型機械手的應用。這類機械手的主要特點是 :動作迅速、成本較低、抓取力較小、結(jié)構(gòu)簡單、介質(zhì)來源非常方便且無污染。 3) 電力傳動機械手 電力傳動機械手是以電力作為驅(qū)動源來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的一類機械手，一般來說以直流電機、交流電機等各種電機作為驅(qū)動源，該類型的機械手的特點是：運行速度快、易于控制、控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單、維護與使用方便。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設計 第 3 頁 4) 機械傳動機械手 機械傳動機械手即由機械傳動機構(gòu)（如凸輪、齒輪和齒條、連桿、間歇機構(gòu)等）驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的一類機械手。 按手臂坐標分類 機械手 的手臂一般來說具有 3 個自由度，可采用直角坐標式（前后運動、上下運動、左右運動都是直線）、圓柱坐標式（前后運動、上下運動都是直線運動，左右運動為旋轉(zhuǎn)運動）、球坐標式（前后運動為伸縮運動、上下運動為擺動運動和左右運動為旋轉(zhuǎn)運動）和關節(jié)式（手臂能作任意的屈伸運動）四種方式。專用機械手的特點是：動作較少、工作對象比較單一、結(jié)構(gòu)相對比較簡單、造價低、使用可靠。 2) 通用機械手 通用機械手是一種具有可變程序的、具有獨立的控制系統(tǒng)且動作靈活多樣的一類機械手。通用機械手具有定位精度高、工作范圍大、通用性強等優(yōu)點，因而該類型的機械手可以適用于要求不斷變換生產(chǎn)品種且要求高精度和高效率的中小型批量生產(chǎn)線。電機驅(qū)動 的機械手，具有精度高、驅(qū)動力大、響應快等優(yōu)點。隨著氣動技術的高速發(fā)展，又由于氣壓驅(qū)動具有其他驅(qū)動凡是所沒有的一些優(yōu)點，如成本低、高性價比、無污染、結(jié)構(gòu)簡單 、抗干擾能力強等，使得越來越多的工業(yè)機械手采用氣動控制。如果要多加一個定位位置，或者是要改變預先確定的兩個定位位置之間的距離，則需要另外再設計一個多位氣缸，這樣就會導致氣缸的滑塊導向機構(gòu)更加復雜。 研究意義 自動送、取料技術幾乎滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，在許多發(fā)達國家，從作為支柱產(chǎn)業(yè)之一的汽車制造業(yè)到注塑業(yè)，化工業(yè)，鑄件業(yè)等等，直到航空航天、軍事兵器各個門類，都占據(jù)著相當重要的地位。 本文是為 6135 柴油機油泵 凸輪 軸 加工自動線 而設計的 送料機械手。采用球坐標機械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時也要考慮價格因素的影響以及能夠達到的技術水平。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設計 第 5 頁 2 總體設計方案的論證 機械手的總體設計 機械手的結(jié)構(gòu)形式 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標結(jié)構(gòu)、圓柱坐標結(jié)構(gòu)，、球坐標結(jié)構(gòu)、關節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。 1）直角坐標機器人結(jié)構(gòu) 直角坐標機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖 21a。但是，這種直角坐標機器人的運動空間相對機器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。 直角坐標機器人的 工作空間為一空間長方體。 2） 圓柱坐標機器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標機器人的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖21b。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。其工作空間是一個類球形的空間。關節(jié)型機器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機器人在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設計 第 6 頁 圖 四種機器人坐標形式 本次設計采用的方案 具體到本設計，因為設計要求搬運的加工工件為凸輪軸其形狀特殊，同時考慮到數(shù)控機床布局的具體形式及對機械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu) ，以減小成本、提高可靠度。其優(yōu)點為： 1）多臂懸掛式的機械手對剛性聯(lián)結(jié)的自動生產(chǎn)線非常實用，可以在各工位間傳遞工件，各臂均懸掛在生產(chǎn)線上方的橫梁上，臂間距離和工位距離相等，手臂可同步地沿橫梁平移一個工位間距，把工件從一個工位移動到下一個工位，可以減少隨行夾具和其他裝置，提高自動化程度。 3）懸掛式機械手結(jié)構(gòu)簡單，成本底。 2）可實現(xiàn)無級變速，定位精度高，系統(tǒng)固有頻率小，壓力、容量調(diào)節(jié)容易。 主要技術參數(shù)的確定 機械手的主要技術參數(shù)包括抓重、自由度、定位精度、重復定位精度、工作范圍、最大速度及承載能力。 前后移動、升降和橫移運動 ，其前后運動是同步動作的，由一個伸縮缸帶動，升降和橫移 是 由 各自的油缸帶動 。如圖 所示 。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設計 第 9 頁 3 送料機械手 的 結(jié)構(gòu)設計及校核 送料機械手的總體 結(jié)構(gòu) 送料機械手由幾個主要組成部分：（ 1）前后行走機構(gòu)（帶滾輪的三角形支架）；（ 2）橫移油缸及其滾輪機構(gòu)；（ 3）升降油缸；（ 4）手部支承板；（ 5）兩個夾持式手部；（ 6）定位手部；（ 7）定向塊 等組成。前后行走機構(gòu)安裝在橫梁上，它由 6 個滾輪和三角形支架 組成 ，其滾輪安裝在懸掛支架橫梁的滾道上，使機械手成懸掛式。 送料機械手的升降和橫移運動是由其升降油缸和橫移油缸來實現(xiàn)的，以便將工件送到機床的頂尖處，在升降 油缸活塞桿的端部固定安裝著手部支撐板， 其上裝有兩對彈簧夾持式手部及彈簧式定位手部，以便加緊工件，并保證手部和凸輪外表面的相對位置。 手部結(jié)構(gòu)的設計 手部結(jié)構(gòu) 的分類 手部機構(gòu)是機械手直接用于抓取和握緊（或吸附）或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機械手前端。一般按按其握持工件的原理可分為夾持和吸附兩大類 。 手部按手指的運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手部多用于抓持圓柱形工件，平移型用于抓持方形工件。 2）應具有足夠的張開角 手指 為了抓取和松開工件，必須具有足夠大的張開角度 來適應較大的直徑范圍，而且夾持工件的中心位置變化要?。炊ㄎ徽`差要?。瑢τ谝苿邮?手指 要有足夠大的移動范圍。 4）應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受到的慣性力和振動的影響，要有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但盡量使結(jié)構(gòu)盡量緊湊、重量輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 適應工件被抓取部位的尺寸：工件被抓取部位的尺寸可能是不變的，若加工尺寸略有變化，那么 手指 應能適應尺寸變化的要求。 要適應工作位置的狀況：如工作位置較窄小可用薄片形 手指 。對于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡 單，安裝維修方便，更換迅速和準確，以便擴大機械手的應用范圍。 因工件較長，故選用雙手雙指式來夾持工件的兩端，其工作原理為：當機械手向下運動時，手指內(nèi)側(cè)的斜面碰觸工件表面而使手指張開，工件進入手指上的圓弧面處，靠彈簧力 控制手指的張開和閉和。為了保證凸輪軸的可靠定 位，在手部支撐板的中間裝有一個定位手部。 夾緊力的計算公式： FN ≥ K1K2K3G （ 31） 式中 K1 ——安全系數(shù)，通常取 ～ ； K2 —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。綜合本方案的設計，選用強度高、加工性能好，適用于小尺寸的碳素鋼彈簧 ?！?9186。 手臂 結(jié)構(gòu) 設計 由于所設計的送料機械手的手部沒有回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動等運動，所以沒有手腕的設計。根據(jù)工作要求，選擇懸掛式配置。 2） 立柱式 ：立柱式機械手的機身為固定立柱，其臂部一般可繞立柱回轉(zhuǎn)，其特點是占地面積小，而工作范圍較大，立柱可安裝固定在主機之前或其間，有時也可以固定在主機機身上，其結(jié)構(gòu)簡單、實用，主要用來為主機上、下料或傳