【正文】 位置精度要高。除此之外，要求機械手通用性好，能適合多種作業(yè)的要求，工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手還要設(shè)置防塵裝置等。 在設(shè)計計算前，通常是先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。 按照在完成即定任務(wù)的前提下，手臂設(shè)計愈簡單愈好的原則。升降缸采用活塞缸和齒輪齒條 結(jié)構(gòu)，見裝配圖所示，手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)的，齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉(zhuǎn)而使手臂左右擺動。 手臂的典型運動機構(gòu) 常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種： （ 1） 雙導桿手臂伸縮機構(gòu)。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計選擇雙導桿伸縮機構(gòu)，使用氣壓驅(qū)動 ,氣壓缸選取雙作用氣壓缸。如此反復，繪出最終的結(jié)構(gòu)。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。 分析： 摩擦力的計算不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。手臂各個受力分布如圖 41 所示。 bb0aAMG L a FGLF??????總總 （ 42） =0+b+aaYGL?總 F =FaFa=G總 （ ） （ 43） abab= + = +F F F F F??摩 摩 摩 23 . 2 + a= LF ??摩 G總 （ ） （ 44） 式中： G 總 —— 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（ N） ， L—— 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一節(jié)的計算 ，a—— 導向支撐的長度（ m） ， ? —— 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關(guān)。氣缸處密封的總摩擦阻力可以近似為 = 。 經(jīng)過上面的分析最后計算出手臂伸縮氣缸的驅(qū)動力為： = + + + = 氣壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 24 經(jīng)過上面的計算，確定了氣缸的驅(qū)動力 F=2523N，根據(jù)實際工作情況選擇液壓缸的工作壓力 P=。對于桿長 L 小于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強度計算， d=24mm。 26 5 機身的設(shè)計計算 機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復雜。 27 圖 51 升降缸結(jié)構(gòu)示意圖 1進氣口 2活塞 3活塞桿 4連接板 5導向桿 該升降缸采用直線缸， 雙導桿伸縮機構(gòu)，使用氣壓驅(qū)動 ,氣壓缸選取雙作用氣壓缸。 手臂偏重力矩的計算 手臂及機身重力分布如圖 52 所示，由此可計算偏重力矩。 (2)計算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離： 已知： P 工件和手抓 =552mm， P手臂 =100mm， P 總 =308mm。 (3) 計算偏重力矩 =GMp?偏 總 (52) = G = 42 .9 g 9. 8 / 0. 30 8 12 9. 5 ? mM p K Kg N m N? ? ?偏 總 29 驅(qū)動載荷的計算公式： = + + +P ?驅(qū) P 慣 P 摩 P 封 P 背 G （ 53） 式中： P 慣性 ──啟動或制動時，活塞桿所受的平均慣性力， P 摩 ──摩擦阻力，F(xiàn) 摩 =? G，對于圓柱面 ? =2 =， P 回 ──液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力， P 密 ──密封裝置處的摩擦阻力， G──零部件及所受總重力。按圓柱體粗略計算 ： G總為 400N。 則有 4 0 0 0 . 0 6 7 m /s= = = 1 3 6 . 79 . 8 0 . 0 2GFNg t s???慣 （ 4） 密封裝置處的摩擦阻力： 大手臂升降氣壓缸采用了“ O”形密封圈活塞與活塞桿處采用的“ O”形密封圈時，所以密封摩擦力可以通過近似估算 F 。 綜上計算可得出小手臂伸縮液壓缸驅(qū)動力的計算得： = + + + =P ?驅(qū) P 慣 P 摩 P 封 P 背 G 26 96 N/2536N 升降缸的內(nèi)徑 D 和活塞桿 d 的計算 4 4 2 6 9 6= 8 1 . 1 m mpFD ????π π 30 根據(jù)實際情況、計算結(jié)果以及《機械設(shè)計手冊》中的規(guī)定 D 取 100mm。 升降缸外徑的選擇 根據(jù)公式計算符合要求的壁厚 2[ ]yPD? ?? （ 56） 1 .2 5 0 .5 5 0 .1 3 .4 m m2 1 0 0? ????? 根據(jù)實際情況壁厚設(shè)計為 16mm，所以升降缸的外徑為 132mm 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 圖 53 底部回轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 1— 電機輸出軸 2— 機械手回轉(zhuǎn)基座 3— 轉(zhuǎn)盤軸承 4— 回轉(zhuǎn)臺 5— 手臂連接板 6— 推力球軸承 整個機械手的回轉(zhuǎn)是通過底部的 1 回轉(zhuǎn)電機啟動帶動 2回轉(zhuǎn)基座，同時回轉(zhuǎn)基座與 4 回轉(zhuǎn)臺通過螺釘連接，從而使得回轉(zhuǎn)臺帶動整個機械手的回轉(zhuǎn)運動，在結(jié)構(gòu)中 3轉(zhuǎn)盤軸承和 6推力軸承起到讓機械手穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的作用 。但直流電動機有一些固有的缺點，如電刷和換向器易磨損，需要定期保養(yǎng)，換向器會產(chǎn)生火花，使電機的最 高車速限制，也使應(yīng)用環(huán)境的限制 。但是交流電機，相比而言尤其是鼠籠異步電動機，就沒有以上所說的缺陷，相比直流電動機的轉(zhuǎn)子慣量更小，動態(tài)響應(yīng)更好。此外，交流電機的容量比直流電動機大，實現(xiàn)更高的電壓和轉(zhuǎn)速。異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，維護容易，運行可靠，價格便宜，具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，因此，它是工業(yè)中使用得最為廣泛的一種電動機。 Y 系列電動機具有高效、節(jié)能、噪聲小、振動小、運行安全可靠的特點，安裝尺寸和功率等級符合國際標準，適用于無特殊要求的各種機械設(shè)備。 手抓和工件的轉(zhuǎn)動慣量： 2+ m= 3JL手 工 (57) 22+ 10= 0 . 5 5 1 8 . 3 k g m3J ? ? ?手 工 將手臂看似一個圓柱體，設(shè)長為 600mm,R 為 130mm,估似重量為 30kg。 機身的轉(zhuǎn)動慣量： 21=2J MR身 (59) 221= 30 2 = Jm??身 32 有以上結(jié)果得出 ： 2+= + + = 32 .1 16 kg mJ J J J ?手 工總 身臂 根據(jù)總的轉(zhuǎn)動慣量可以計算出轉(zhuǎn)矩 ==twM J J? ??慣 總 (510) 在式 510 中： w? 回轉(zhuǎn)氣動過程中的角速度， t? 啟動過程的時間 ， 設(shè)置啟動角度為 w=18176。 /s，轉(zhuǎn)換的 得w= 1 0 0 .8 4 1 1 .6 6 0 .1 2 2 k w9550P ? ? 根據(jù)對于同步轉(zhuǎn)速的比較以及電機重量價格方面綜上選擇電機型號為 Y90s6。在機械手基座的回轉(zhuǎn)中，軸承起到了支承和回轉(zhuǎn)支持的作用。 在內(nèi)圈的軸承中我選用了推力球軸承，如圖 53 中 6 所示。 (1) 軸承型號的確定 根據(jù)工作要求，選用兩對型號為 51420 的推力球球軸承 (2) 軸承的校核 考慮到支架等的影響，假設(shè)軸承徑向載荷 Fa=50N，軸向載荷 Fa=800N。 /s，運轉(zhuǎn)時微沖擊，設(shè)計壽命為 20 年（每天工作 5 小時，一年工作360 天）。 ： L’ h=5*365*20=36500h (515) 求該對軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷值 3 610 39。 在外圈的軸承中我選用了 單排四點接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承 ，如圖 53中 3 所示?；剞D(zhuǎn)式輸送機、焊接操作機、中小型起重機和挖掘機等工程機械均可選用 ，很符合我的設(shè)計要求。 39。4 10aM M fNMNM?? ? ??? (518) （ 2）按動態(tài)校核： 39。4 10aM M fNMNM?? ? ??? (520) 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》中對于轉(zhuǎn)盤軸承的校核見圖 54，選用的軸承負荷強度，故可以選用。偶爾的或少量的泄漏不致對生產(chǎn)發(fā)生嚴重的影響。與液壓傳動相比，他的動作和反應(yīng)都快，這是氣動的突出優(yōu)點之一?？諝鈮嚎s機是將動力機供給的機械 35 能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置 氣動 執(zhí)行機構(gòu)有氣缸和氣動馬達。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線往復運動或者往復擺動。 空氣控制閥按其作用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類。 36 圖 61 氣壓系統(tǒng)原理圖 1氣壓 源 2截止閥 3氣罐 4分水過濾器 5減壓閥 6油霧器 7二位二通換向閥 8,9三位五通電磁換向閥 10~12可調(diào)單向節(jié)流閥 13~17位置傳感器 在啟動系統(tǒng)中，夾緊缸和伸縮，升降氣缸均采用 3 位 5 通電磁換向閥來實現(xiàn)換路。 在氣壓系統(tǒng)圖中：當 YV5 得電時手抓抓緊，失電時即松開，當 YV1 得電時機械手手臂開始上升碰到限位開關(guān)即失電，當 YV2 得電時機械手手臂開始下降碰到指定限位開關(guān)，失電不運作，當 YV3 得電時機械手手臂開始生出碰到指定限 位開關(guān)，失電不運作，當 YV4 得電時機械手手臂開始收縮碰到指定限位開關(guān)，失電不運作 7 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 PLC 是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有控制能力強、可靠性高、使用靈活方便、易于擴展等優(yōu)點而越來越被廣泛運用。因此它在工業(yè)控制中的地位越來越高，戰(zhàn)友極其重要的地位，最重要的原因是它具有一些獨特的特點 （ 1）可靠性高、抗干擾能力強， PLC 是專門為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程總 采取了多層次抗干擾、精選元器件的措施。 PLC 是以集成電路為基本單元的電子設(shè)備，內(nèi)部處理不依賴于觸電，元器件的壽命長，平均無故障工作時間高。由于 PLC 自身的硬件特點，用戶在進行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，不需要自己設(shè)計和支座硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進行模塊的配置，用戶所做的工作只是設(shè)計滿足控制對象的控制要 求的應(yīng)用程序。 （ 3）編程簡單實用方便。這是 PLC 控制優(yōu)于微型計算機控制的另一個特點。 （ 2）上升到上限位置， SQ3 動作，上升結(jié)束，機械手開始左轉(zhuǎn)。 （ 4）當機械手到達伸出限位 1，伸出結(jié)束， SQ5 動作，手臂伸出結(jié)束，機械手開始下降 （ 5）當機械手下降到達下限位置， SQ4 動作，下降結(jié)束，機械手開始抓物 （ 6）機械手抓物延時 1S，機械手開始上升。 （ 8）機械手收縮到收縮限位收縮結(jié)束， SQ7 動作，機械手開始右轉(zhuǎn)。 （ 10）機械手伸出到達伸出限位 2， SQ6 動作，機械手開始下降。 （ 12）機械手放下物品經(jīng)過延時，一個工作循環(huán)完成 （ 13）工作方式：單步 /循環(huán)。當機械手到達上限位置， SQ3 動作，上升結(jié)束，機械手開始左轉(zhuǎn)。機械手伸出到伸出限位 1，伸出結(jié)束，SQ5 動作，手臂伸出結(jié)束，機械手開始向下降，當?shù)竭_下限位置， SQ4 動作，下降結(jié)束，機械手開始抓物。當機械手升到上限位置， SQ3 動作，上升結(jié)束，機械手收縮。機械手到達右限位， SQ1 動作，右旋結(jié)束，機械手開始伸出。下降到下限位置， SQ4 動作，機械手松開，放下物品。流程圖見圖71所示 39 40 41 圖 71 機械手工作流程圖 根據(jù)流程圖用 PLC 來編寫程序，以下的就是 PLC 的梯形圖，如圖 72所示。 通過畢業(yè)設(shè)計，我了解了很多關(guān)于機械手的知識，使我學會了在國內(nèi)和國外在這方面的一些先進的生產(chǎn)和制造技術(shù)，和清楚了機械臂設(shè)計的過程， 通過機械手的設(shè)計做出了系統(tǒng)的分析，掌握一定的機械設(shè)計方面的知識，為今后的工作奠定學習的基礎(chǔ)。同時也培養(yǎng)了我分析