【正文】 、鐵路部門中機搬運械手主要應用于以下幾方面：熱加工方面的應用熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。冷加工方面的應用冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。最近更在加工生產線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯(lián)接的重要于段。目前國內鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近些年，隨著計算機技術、電子技術以及傳感技術等在機械手中越來越多的應用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產中提高勞動生產率的重要因素。 可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產。專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關節(jié)式的第一代機械手。這種機械手也稱第二代機械手。60～70年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術進入了應用階段。90年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應用外，農、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務業(yè)、軍事領域上有較大的應用?？傊?，目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是降低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。因此，國內主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內的壓力敏感元件產生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊?，隨著傳感技術的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高?，F(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結構簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產中應用甚廣。PLC的應用概況PLC的應用領域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛應用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。2）、用于模擬量控制PLC通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉換，并對模擬量控制。4）、 用于工業(yè)機器人控制5）、用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與上位機之間的通信。PLC的特點1）、可靠性高、抗干擾能力強PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時間間隔長達30萬h，這是一般微機所不能比擬的。3）、編程簡單、使用、維護方便4）、組合方便、功能強、應用范圍廣PLC既可用于開關量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。5）、體積小、重量輕、功耗低PLC采用了半導體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低?？刂葡到y(tǒng)構成簡單、通用性強。組合方便、功能強、應用范圍廣。第二章 機械手總體方案的設計對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾一放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。明確工件的結構形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結構及運行控制的要求。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大和操作單調頻繁的生產場合。有上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制。本設計中的機械手采用上下升降加平面轉動式結構，機械手的動作由氣動缸驅動，氣動缸由相應的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制。,其中 1豎直氣缸，2執(zhí)行氣爪，3工件，4水平氣缸，5旋轉軸，6支架，7底座125673左右4圖21 機械手簡圖圖21中工件所處位置為原點位置，根據(jù)課題設計的要求：機械手初始位置在原點位置，每次循環(huán)動作都從原點位置開始，完成上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制，并能實現(xiàn)手動操作和自動操作方式。當光電開關檢測到物品后，左傳送帶停止運行根據(jù)分析可得出機械手的工作流程圖，如圖22所示。上限延時工件下限原位下降夾緊上升右移停止左移上升松開下降下限延時上限左限啟動右限圖22 機械手工作流程圖(2)橫梁在普通情況下，長度是固定的，如果工作臺不進行調整，橫梁長度可永遠不變。(4)抓緊機構也可選用氣動執(zhí)行爪和執(zhí)行氣缸并用組成氣動執(zhí)行模塊根據(jù)以上分析，機械構造方案基本固定。主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多?；緟?shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度。/s，平均移動速度為50mm/s，平均回轉速度為45176。機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度—行程曲線來說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。手臂回轉行程范圍定為2400(應大于180否則需安裝多只手臂)。定位精度也是基本參數(shù)之一。lmm。2. 手部應有一定的開閉范圍。3. 應能保證工件在手部準確定位。5. 根據(jù)應用條件考慮通用性。2. 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。本設計是設計平動搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為3Kg。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結構簡單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手指張開。圖31 滑槽杠桿式手部結構、受力分析 1——手指 2——銷軸 3——杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線001和002并指向0點，交F1和F2的延長線于A及B。由分析可知，當驅動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好= ~ 。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 式中 K1——安全系數(shù)， ； K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。機械手達到最高響應時間為2s，求夾緊力和驅動力和 驅動液壓缸的尺寸。手抓夾持范圍，手指長100mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖33（a）所示，根據(jù)機構設計，它的最小夾持半徑mm，當張開時，如圖33（b）所示，最大夾持半徑計算如下： mm機械手的夾持半徑從4090mm圖33手抓張開示意圖 機械手手抓夾持精度的分析計算機械手的精度設計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好,并