【正文】 ，專門為提高生產(chǎn)效率，解放人力等而研制的一種自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。根據(jù)課題要求對機(jī)械手進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)型式、運(yùn)動(dòng)自由度以及機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，選取了合適的零部件；利用PLC對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號；根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了的機(jī)械手的操作流程圖。 According to the working process of the manipulator made the control scheme of programmable controller, draw the operation flow chart of the manipulator.Key Words： manipulator。Software simulation 。機(jī)械手可以代替員工進(jìn)行一些危險(xiǎn)、枯燥的工作，在緩解工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高工廠生產(chǎn)效率。機(jī)械手適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以省去龐大的工件輸送設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊，并且在工廠中的適應(yīng)性很強(qiáng)[2]。 機(jī)械手概述機(jī)械手是一種按照指定的控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓放、搬運(yùn)工件或者動(dòng)作的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手不但可以提高員工的勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且可以減少員工的勞動(dòng)出錯(cuò)率。特別在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境（如高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等）中，使用機(jī)械手可以完成一些人類難以適應(yīng)的工作，并且具有更為深遠(yuǎn)的意義。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可編程序控制的機(jī)械手，由于其可以根據(jù)程序的變更而改變動(dòng)作的流程，通用性較強(qiáng)，所以也被稱為通用機(jī)械手。機(jī)械手集現(xiàn)代各種高新技術(shù)（計(jì)算機(jī)知識、機(jī)構(gòu)原理、控制理論、信息和傳感技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能等）于一身，加以其較高的適應(yīng)行和通用性，被廣泛的研究和制造，形成了一個(gè)信息水平高、市場活躍、應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域。 機(jī)械手的組成（一）機(jī)械手的組成 機(jī)械手的組成方框圖控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被抓取工件位置檢測裝置機(jī)械手主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成的。(a) 手部所謂手部，就是與物件相接觸的部分。夾持式手部主要是由手指和動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用比較廣泛。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如電磁吸盤產(chǎn)生的電磁力或真空吸盤內(nèi)形成的負(fù)壓)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有電磁式吸盤和真空式吸盤兩類。對于具有導(dǎo)磁性的環(huán)類和盤類零件，以及板料等，通常用電磁式吸盤吸取物料。(b) 手腕手腕是連接手部和臂部的重要部件，通過手腕的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，可以用來調(diào)整需要被抓取物料的位置，從而適應(yīng)不同的工作需要。手臂的作用是帶動(dòng)手部抓取物件，并且按照編定的程序?qū)⑵浒徇\(yùn)到指定的位置。手臂在伸縮或升降運(yùn)動(dòng)過程中，為了防止其繞軸線產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要加裝導(dǎo)向裝置，以保證手臂按正確方向運(yùn)動(dòng)。常見的導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式有：單圓柱、雙圓柱、四圓柱和燕尾槽、V形槽等。機(jī)械手的立柱一般情況下是固定的，有時(shí)也可以橫向移動(dòng)，被稱為可移式立柱。(f) 機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手組成的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是安裝在機(jī)座上的，它主要起連接和支撐機(jī)械手的作用。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等。目前機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般主要是由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。 國內(nèi)外發(fā)展概況由于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)概念的興起，機(jī)械手已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，其現(xiàn)狀與趨勢大致歸類如下：。，使標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度得到提高，控制柜越來越小，并且采用模塊化的結(jié)構(gòu)；提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性[10]。、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)械手產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化的設(shè)計(jì)。宏觀來看，主要是兩大方向：其一是研制具有多傳感器、多控制器、具有復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)與先進(jìn)控制算法的智能機(jī)器人；其二是與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，采用工業(yè)控制器和市場化、模塊化的元件，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上追求經(jīng)濟(jì)、簡潔與可靠，用來完成具體任務(wù)的工業(yè)機(jī)器。最后講述了機(jī)械手的發(fā)展概況。設(shè)計(jì)機(jī)械手的基本原則是：分析作業(yè)對象的技術(shù)要求，在滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件下擬定最合理的作業(yè)工序和工藝；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性等相關(guān)參數(shù)，從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)與運(yùn)行過程的要求；盡量選用市場現(xiàn)有的組件、模塊，從而簡化設(shè)計(jì)制造過程，節(jié)省費(fèi)用。手部是抓取物料的部件，它是根據(jù)被抓取物料的形狀、尺寸、重量、材料以及被抓取的要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，例如夾持型、吸附型和托持型等結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中，由于大部分沖壓件為鐵板或者鋁板，沖壓表面基本平整，因此我們選擇吸附型手部，而吸附型手部又可以分成空氣吸盤（主要采用負(fù)壓或者真空）和電磁吸盤兩種，由于空氣吸盤可以與工件柔性接觸，防止表面擦傷，因此在這里我們優(yōu)先考慮使用負(fù)壓式空氣吸盤。手腕具有獨(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)作較為簡單的機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，也可以不加設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件[15]。（三）臂部臂部是機(jī)械手的重要支持部件。臂部的運(yùn)動(dòng)目的是：把手部隨意的送到運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。手臂的運(yùn)動(dòng)一般是通過用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中常常受到腕部、手部以及工件的靜、動(dòng)載荷的作用，而且由于手臂運(yùn)動(dòng)較多，故其受力復(fù)雜[16]。 驅(qū)動(dòng)部分的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)械手的重要組成部分。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單成本低。（二）液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以油液壓縮的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但是這種機(jī)械手對密封性要求很高、不易于機(jī)械手的保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不適合在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，成本高。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。（四）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是指由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。按照各驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)以及機(jī)械手的工作環(huán)境擬除機(jī)械手手部利用氣源空氣吸盤外，其余運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來源均選用伺服電機(jī)。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程發(fā)生變化時(shí)，只需改變相應(yīng)PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。直角坐標(biāo)型機(jī)械手：主要特點(diǎn)每個(gè)自由度之間的空間夾角為直角，占用空間較大，工作范圍較小，結(jié)構(gòu)簡單。球坐標(biāo)型機(jī)械手：占用空間較小，自由度較多，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。由于沖壓機(jī)械手作用是實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床與沖壓機(jī)床之間加工工件的傳遞，工作空間較小且需要實(shí)現(xiàn)的功能要求自由度比較低，因此結(jié)合以上各種機(jī)械手工作特點(diǎn)，考慮造價(jià)及實(shí)現(xiàn)難易程度，選定機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手?；跈C(jī)械手的4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)，我們經(jīng)過定位精度、可編程性、通用性、經(jīng)濟(jì)性等各方面考慮，初步確定：；；，使絲杠螺母帶動(dòng)滑塊沿直線導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)；。6) 手臂伸縮參數(shù)：伸縮行程:600mm；伸縮速度:1000mm/s7) 手臂升降參數(shù)：升降行程：350mm；升降速度：200mm/s8) 手臂旋轉(zhuǎn)參數(shù)：旋轉(zhuǎn)范圍：177。；旋轉(zhuǎn)速度：360176。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以此進(jìn)行。 手腕處軸承的選擇計(jì)算條件:根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要擬選用內(nèi)徑為d=25mm的深溝球軸承，轉(zhuǎn)速約30r/min，其徑向載荷約Fr=100N，軸向載荷約（包括額定抓重與其手部重量等），工作壽命（為機(jī)器總設(shè)計(jì)壽命，）。, 查表得：軸徑載荷比，X=，Y=，徑向當(dāng)量動(dòng)載荷：查表得：沖擊載荷因數(shù)為，溫度因數(shù)為，速度因數(shù)為，壽命因數(shù)為，力矩載荷因數(shù)為軸承61805的動(dòng)載荷，故選取合適。 手腕驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與減速器的選擇由于結(jié)構(gòu)的限制擬采用伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器，減速器通過安裝的同步帶輪傳動(dòng)至手腕處。設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：假設(shè)減速器連同同步帶輪總共減速比為,則折算到伺服電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。因?yàn)槭褂脳l件扭矩很小，故忽略扭矩計(jì)算。 傳動(dòng)同步帶的選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算條件：由上一節(jié)知，同步帶輪減速比為2，工件由靜止加速至轉(zhuǎn)速30r/min即其角速度為時(shí)，大約需要時(shí)間為，則所需要做的功為平均功率，最大功率約為。確定小帶輪齒數(shù)：，查相關(guān)圖表，最少齒數(shù)為，根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)選擇小帶輪齒數(shù)為。由傳動(dòng)比，得大帶輪齒數(shù)大輪節(jié)圓直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)需要初定中心距約為，則初定帶節(jié)線長度查設(shè)計(jì)手冊，得同步帶節(jié)圓長，齒數(shù)。查表得基準(zhǔn)額定功率，查表得圓弧齒帶長系數(shù),小齒輪嚙合系數(shù)。相應(yīng)同步帶輪根據(jù)結(jié)構(gòu)等參數(shù)可見附圖。通過計(jì)算選擇了手腕處軸承，同步帶，電機(jī)，減速機(jī)以及完成了同步帶輪的設(shè)計(jì)，并畫出了部分二維圖紙（見附圖）。按設(shè)計(jì)要求，滑塊的最大速度，滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)由靜止至最大速度時(shí)間，勻速時(shí)間，減速時(shí)間，運(yùn)動(dòng)行程，加速度，；距離， 手臂伸縮結(jié)構(gòu)示意圖。（一）每個(gè)滑塊負(fù)荷的大小計(jì)算1) 等速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 2) 左行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小3) 左行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大小4) 右行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小5) 右行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大?。ǘ┑刃ж?fù)荷的計(jì)算1) 等速時(shí)2) 左行加速時(shí)3) 左行減速時(shí)4) 右行加速時(shí)5) 右行減速時(shí)（三）擬選用導(dǎo)軌滑