《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、31山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 姓名： 論 文 摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年專(zhuān)科所學(xué)的課程進(jìn)行的，主要有：機(jī)械零件設(shè)計(jì)，機(jī)械零件圖測(cè)繪，液壓與氣動(dòng)技術(shù)，PLC電子編程技術(shù)，理論力學(xué)，工程力學(xué)等。設(shè)計(jì)共分為六章，第一章緒論是說(shuō)明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，意義，研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求，簡(jiǎn)述本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題。第二章總體設(shè)計(jì)以及總體說(shuō)明，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的工作原理、組成及其種類(lèi)型式進(jìn)行介紹，確定整個(gè)機(jī)械手的總體方案。第三章工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，是介紹各部件的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)的確定、性能的分析和各參數(shù)的計(jì)算；第四章工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（氣動(dòng)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)

2、，包括：回路設(shè)計(jì)，執(zhí)行元件選擇，控制元件選擇以及動(dòng)作順序表等進(jìn)行介紹。第五章工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要介紹了PLC的程序梯形圖。第六章是設(shè)計(jì)的總結(jié)。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能順利的完成，最重要的是由三位優(yōu)秀的，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師王曉初和李克天老師的詳細(xì)耐心的解說(shuō)，教導(dǎo)。而本人也通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、可編程序控制器以及參考其它有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍,經(jīng)過(guò)十三周的努力終于把此畢業(yè)設(shè)計(jì)編制而成。關(guān)鍵字：機(jī)械手，氣動(dòng)系統(tǒng)，PLC，目 錄1 緒論 - 3 11 課題設(shè)計(jì)的論述 - 3111 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 - 3112現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) - 412 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟

3、- 52 總體設(shè)計(jì) 621 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 6211總體說(shuō)明 6212驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) 6213整體機(jī)構(gòu)的確定 - 73 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)- 83.1 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 83.2 工業(yè)設(shè)計(jì)手的參數(shù)計(jì)算 - 83.2.1 手部質(zhì)量計(jì)算 - 8 3.2.2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 - 93.2.3 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 - 103.2.4 伸縮氣缸的選擇 - 113.2.5 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 - 123.2.6 配重計(jì)算 - 133.2.7 升降部分計(jì)算 - 143.2.8 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 - 153.2.9撓度計(jì)算 - 153.2.10轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算 - 16

4、 4 工業(yè)機(jī)械手的控制部分設(shè)計(jì) 17 41 回路計(jì)算 - 1742 執(zhí)行元件選擇 1743 控制元件選擇 18 44 執(zhí)行元件用氣量的計(jì)算和空壓機(jī)的選擇 2145 氣動(dòng)元件的清單 224.6 動(dòng)作順序表 235 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2551電氣控制方案設(shè)計(jì)和元件的選擇 25 52 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC及I/O端口分配圖的設(shè)計(jì) 2553 PLC梯形圖的設(shè)計(jì) 2554 PLC的控制程序 25總結(jié) 致謝參考文獻(xiàn) 1 緒論11 課題設(shè)計(jì)的論述機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)的主要要素之一，機(jī)械制造工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)化國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)，是我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化的重要領(lǐng)域之一。機(jī)械設(shè)計(jì)是從使用要求等出發(fā)，對(duì)機(jī)械的工作原理

5、，結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)形式，力和能量的傳遞方式，以至各個(gè)零件的材料和形狀尺寸，以及使用維修等問(wèn)題進(jìn)行構(gòu)思，分析和決策的工作過(guò)程，這種過(guò)程的結(jié)構(gòu)一般要表達(dá)成設(shè)計(jì)圖紙，說(shuō)明書(shū)以及各種技術(shù)文件。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定產(chǎn)品性能及影響產(chǎn)品制造過(guò)程的首要環(huán)節(jié)。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計(jì)的課程。111 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 工業(yè)機(jī)械手的工作原理和分類(lèi) 原理 機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。 分類(lèi) 工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)很多按使用范圍可分為：專(zhuān)用機(jī)械手、通用機(jī)械手。 專(zhuān)用機(jī)械手 一般附屬于工作機(jī)器設(shè)備，動(dòng)作

6、程序固定，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨(dú)立，亦可以附屬與工作機(jī)械設(shè)備。 通用機(jī)械手 獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。 按驅(qū)動(dòng)方式可分為：液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手、電動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械式機(jī)械手。 液壓機(jī)械手 輸出力大，傳動(dòng)平穩(wěn)。如采用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。液壓系統(tǒng)的密封要求嚴(yán)格，油溫對(duì)油的粘度影響較大。 氣壓機(jī)械手 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動(dòng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但工作不大穩(wěn)定，沖擊大，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大。 電動(dòng)機(jī)械手 直接用直線電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等來(lái)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)

7、力源簡(jiǎn)單，不需要能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，維護(hù)使用方便。 機(jī)械式機(jī)械手 由工作機(jī)械帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，工作可靠，動(dòng)作頻率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但動(dòng)作固定不可變。按控制系統(tǒng)可分為：點(diǎn)位控制、連續(xù)控制。 點(diǎn)位控制 只能控制工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)點(diǎn)的位置，運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制。目前使用的專(zhuān)用和通用的工業(yè)機(jī)械手均屬于此類(lèi)。 連續(xù)控制 工業(yè)機(jī)械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限的，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都要求在控制之下。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)械手的自由度 所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)、手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。有幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)就有幾個(gè)自由度。手指的抓取動(dòng)

8、作不計(jì)在自由度數(shù)目?jī)?nèi)。 工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少，決定著工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作多樣化的程度。自由度數(shù)越多，它的動(dòng)作越靈活，應(yīng)用越廣。但同時(shí)也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，定位精度難以保證，整機(jī)的造價(jià)高，自重大。所以，應(yīng)按生產(chǎn)實(shí)際需要選用最少的自由度數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)械手的自由度數(shù)目為個(gè)。4工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式按照工業(yè)機(jī)械手手臂所具有的運(yùn)動(dòng)及其組合情況，若以坐標(biāo)形式可分為下列四種：（1）直角坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合而成。（2）圓柱坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。（3）球坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。（4）關(guān)節(jié)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

9、組成。 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成 目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)和型式比較多。從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由手部、手腕、手臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 手部 它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件進(jìn)行操作的部件，要求其抓取工件牢固、定位準(zhǔn)確、小損傷工件。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。 夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。常用的手指運(yùn)動(dòng)型式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛；平移型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用較少。平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜

10、夾持變化范圍大的工件。 手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，用來(lái)改變或調(diào)整工作的方位（即姿勢(shì)）。它可以有上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)，如有特殊要求（將軸類(lèi)零件放在頂尖上，將筒類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件卡在卡盤(pán)上等），手腕還可以有小距離的橫移。也有的工業(yè)機(jī)械手沒(méi)有手腕。 手臂 手臂是機(jī)械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的部件。其作用是將被抓住工件傳送到規(guī)定位置上，它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。 工業(yè)機(jī)械手的手臂是支撐通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí)

11、，可在機(jī)座輪，軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機(jī)械擋位）系統(tǒng)組成。112 現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：1工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度，高精度，高可靠性，便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至03年的5.3萬(wàn)美元。2機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)，減速機(jī)，檢測(cè)系統(tǒng)三位一

12、體化；由關(guān)節(jié)模塊，連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度高，控制柜日見(jiàn)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。4機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置，速度，加速度等傳感器外，裝配，焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)，力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)，聲覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。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(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于

13、遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。6當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。7機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”，“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌道規(guī)劃技術(shù)

14、，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，弧焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長(zhǎng)，成

15、本也不低，而且質(zhì)量，可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化，通用化，?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人，雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人，爬壁機(jī)器人，管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)，聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)，遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人，智能裝配機(jī)器人，機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有

16、成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。12 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟包括以下：1根據(jù)機(jī)械手的功能要求，選定其的類(lèi)型2分析機(jī)械手的工作情況，確定作用在機(jī)械手上的載荷。3根據(jù)工作情況分析，判定機(jī)械手的失效形式，從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。4進(jìn)行主要的參數(shù)選擇，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，選擇材料，考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝性要求。5進(jìn)行對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。6繪制零件圖，制訂技術(shù)要求。2 總體設(shè)計(jì)21 總體設(shè)計(jì)211 總體設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自

17、動(dòng)化裝置。機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，容易操作安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度鋁合金制造。據(jù)設(shè)計(jì)題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有：1本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。本工業(yè)機(jī)械手的控制定位方式是簡(jiǎn)易型的點(diǎn)定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不

18、是很復(fù)雜。2本工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置限制，故不能抓取地面上的物體。3 本工業(yè)機(jī)械手是四自由度機(jī)械手。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)：1 手臂的升降；2 手臂的升縮；3 手腕部回轉(zhuǎn)；4手臂回轉(zhuǎn)。根據(jù)給出的工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定其余各部件的設(shè)計(jì)。212 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì)根據(jù)有關(guān)資料的顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種

19、，主要以下幾種方式，并進(jìn)行比較選擇：1 液壓傳動(dòng)機(jī)械手，是以油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大影響，且不宜在高溫，低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高， 2 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)：介質(zhì)來(lái)源極方便，不污染環(huán)境，工作可靠，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作維修方便。但是由于空氣具有可壓縮的特點(diǎn)，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)

20、境中進(jìn)行工作。 3 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：既由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪，連桿，齒輪和齒條，間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。常被用于為工作主機(jī)的上，下料。 4電力傳動(dòng)機(jī)械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，直線電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍柚虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，有發(fā)展前途。 綜合上述四種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，且結(jié)

21、構(gòu)可簡(jiǎn)單，其傳動(dòng)平穩(wěn)和動(dòng)作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 因此，本設(shè)計(jì)的四自由度工業(yè)機(jī)械手選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。213 整體機(jī)構(gòu)的確定 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部：既與物體直接接觸的部件，采用夾持式手部。夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機(jī)構(gòu)構(gòu)成。手指直接與物體接觸，傳力機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件，其由氣缸實(shí)現(xiàn)。 （2）手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。本系統(tǒng)則通過(guò)由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方位的改變。 （3）手臂：支撐手腕和手部的部件，以改變工件的位置。其作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣

22、缸分別實(shí)現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動(dòng)作。（4）立柱：以手臂的升降氣缸兼作立柱，以便實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的緊湊和簡(jiǎn)潔。 （5）機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上，起支撐和連接作用。2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)才用氣壓傳動(dòng)方式。3 控制系統(tǒng)：是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開(kāi)關(guān)電氣定位以及相關(guān)的繼電器系統(tǒng)組成的系統(tǒng)控制。4 位置檢測(cè)盒的放置：為操作和安全，把電氣控制箱置于機(jī)座上，而把操縱盒以長(zhǎng)距離，遠(yuǎn)距離的操縱方式。操控人員可遠(yuǎn)離機(jī)械手操作。 整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置布置初定大概如下所示：爪部+夾緊缸+手腕轉(zhuǎn)動(dòng)缸+伸縮缸升降缸（回轉(zhuǎn)缸）回轉(zhuǎn)缸（升降缸）為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)盡量趨向于

23、輕便簡(jiǎn)單，在此我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸，將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上，但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)缸的工作壓力是否達(dá)到系統(tǒng)的壓力要求，所以此部分將留待往后再作決定。5 手部結(jié)構(gòu)根據(jù)已知的規(guī)格參數(shù)，我們選擇爪部通過(guò)汽缸推動(dòng)楔塊帶動(dòng)爪部杠桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)爪部張合的夾緊運(yùn)動(dòng)。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起，以保證楔塊縮回時(shí)杠桿端部始終與楔塊接觸。爪部的張合弧度可通過(guò)改變楔塊的斜面角度和杠桿的長(zhǎng)度和比例來(lái)調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，受力性能良好，定位誤差小。3 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)31 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)1 抓重：50 N （額定抓取重量或額定負(fù)荷）2 自由度： 43 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo)4 最

24、大工作半徑：12005 手臂最大中心高（下降時(shí)）：8006 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程：500 伸縮速度：250s 升降行程：300 升降速度：200s 回轉(zhuǎn)范圍： 回轉(zhuǎn)速度：180s7 手腕參數(shù). 回轉(zhuǎn)范圍：.回轉(zhuǎn)速度：s8 手指夾持范圍：9 定位精度：10 驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng)11電氣控制方式：PLC點(diǎn)位程序控制12電氣操作方式：手動(dòng)和自動(dòng)32 工業(yè)機(jī)械手的參數(shù)總體計(jì)算321 機(jī)械手的質(zhì)量工件的材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)鋼=.k0.00783工件的質(zhì)量工件 （31） .102Kg2工件的體積 工件工件鋼 （32）5102/0.0078654103 mm當(dāng)工件取時(shí)，面積應(yīng)為5（5/2） （33） 3.14625

25、.5mm 長(zhǎng)度應(yīng)為5工件5 （34）654103.5 .3mm 當(dāng)工件取時(shí)，面積應(yīng)為 70（02） （35） （2）.mm 長(zhǎng)度應(yīng)為 70工件70 （36）654103.5mm手部各部分質(zhì)量估算如下：爪部21.59102=4000mm桿3514202=19600mmV螺栓=r2L=3.144460=3000mm3手部爪桿+2V螺栓40004+196002+30002=65000mm手部650000.0078507楔塊1221.551.5=13000mm楔塊130000.0078101.4支承板54049800mm支承板498000.0078776缸3.5所以，總的質(zhì)量總工件爪部爪部缸工件手部楔

26、塊缸支承板 （37）2507101.47767766.4322 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 氣缸夾緊力計(jì)算如下：手指的角度：，b35 C=17根據(jù)手部結(jié)構(gòu),其驅(qū)動(dòng)力為：P=NC （38）（1） 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力公式：N0.5N （39）.5N 60500.1216.5 N則：P=N 235216.5150/17 236 N據(jù)公式：實(shí) PK1K2/ （310）式中：手部的機(jī)械效率，一般?。?.850.95）K1 安全系數(shù)，一般?。?.2）工作條件系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算：其中為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，為重力加速度（.米秒）f為被夾持工件與手指接觸的磨擦系

27、數(shù)在這取f=0.1 一般手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率取=0.850.9，故.0，.若被抓取工件的最大加速度取，則：=1+/=1+1=2實(shí)2361.52/0.90=787 N所以，夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為787 N則根據(jù)公式：氣缸 （311）氣缸.（）5105/4 .5 N氣缸.N 彈簧實(shí)際 .5 +787929.5 N式中: D為氣缸直徑假設(shè)為50mm P為氣壓假設(shè)為5105Pa所以選用MDBB50-35氣缸合適夾緊323 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 當(dāng)工件取時(shí)，. 則根據(jù)公式：工件（L）得： （312） 工件（L）（）Kgm 當(dāng)工件取時(shí)，. 則根據(jù)公式：工件L得： （313） 工件L Kgm 因此

28、工件取工件Kg計(jì)算 根據(jù)公式：J手爪（）得： （314） J手爪（） （35） Kgm 慣（工件J手爪） （315）（）Nm 根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)受力圖 , 得：驅(qū)慣偏摩封 （316） 為簡(jiǎn)化計(jì)算可不計(jì)密封裝置處的摩擦阻力矩，因此乘安全系數(shù)即可驅(qū)慣.Nm 所以選用大型葉片式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸 其參數(shù)為：驅(qū)Nm 則，由以上結(jié)果可得手腕回轉(zhuǎn)受力如圖31圖31 手腕回轉(zhuǎn)受力圖324 伸縮氣缸的選擇1 計(jì)算摩擦力：彎矩M的計(jì)算 工件：（mm） 爪部：（mm） 腕部：（mm） 導(dǎo)桿：mm Kg Kg (約為3.0 取3.2)Kg (約為1.4 取1.5)Kg (約為3.8 取4.0) (3-17)5.10.8749.

29、8+3.20.7749.8+1.50.6169.8+80.259.8 96.6 N 根據(jù)手臂伸出時(shí)的受力狀態(tài)得： (3-18) （5.1+3.2+1.5+8）9.817.89.8N 根據(jù)： NN（） N=/f（） 解得：N0.1596.50.15N N（N）（.44） .22N根據(jù)公式：摩2fN2 (3-19)731.220.152219.4 N（其中：鋼青銅0.10.15（潤(rùn)） 摩1fN0.152.2N摩摩摩193.2219.4412.6 N 2 慣性力計(jì)算 慣 (3-20)（1234）17.81.2522.25N其中， 2500.2mmS1.25 摩慣412.622.25434.85N 缸

30、驅(qū)工作（缸4） 51.01106（4010-3）23.14/4 507.5 N 所以SMC MB系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸 MDBB50-500合適，查資料得：材料為鋁合金的MDBB50-500氣缸行程為零時(shí)質(zhì)量為1140g，每增加10mm行程則質(zhì)量增加40g 伸縮缸1140+50403140g325 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 PN2S （321）731.22(0.030.03)0.0812106Pa0.812MPa所以，PP15MPa V0.25 0.08121060.250.203106Pa0.203MPaPV15MPa （322）（87.50.5）/（/32）（3010-3）318.210 18.2MPa 所

31、以， h 所以：h 式中：摩擦系數(shù)。一般取0.1，這里考慮到摩擦的副作用則取0.16。 偏重力臂即手臂等部件總重量的重心到立柱軸線間的距離。 托板863200127.810-616.2 kg 總120.31+16.2+21.758.21 kg慣總158.210.2/0.1116.42 N 總伸配重133.49538.4 Nm 總總總38.4/(58.219.8)0.0673 m67.3 mm (h150 mm2f總20.267.326.92 mm) 托連103.1410027.810-32449.2 g2.45 kg R總h38.4/0.15256 N 摩2Rf22560.1576.8 N 驅(qū)

32、1.2(慣摩)總連 1.2(116.4276.8) 58.219.82.459.8826.332 N 缸驅(qū)(d/4)p工作壓力3.14500.510/4 981.25 N 驅(qū)826.332 N所以，可選用MDBB-328 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 當(dāng)手臂伸出到最大范圍時(shí)，回轉(zhuǎn)中心所受的彎矩最大。根據(jù)公式：。 （329） 38.4(32) (3010-3)3 12.5 MPa100 MPa 45鋼100 MPa 校核升降氣缸缸頭銷(xiāo)： P升降缸3.14500.510/4981.25 N (d/4) （330） (981.254)/3.14(810-3)2 19.5 MPa58 MPa bb981.25/(

33、815)10-68.17 MPa 46.57 Nm 可選用SMC MSQ系列轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸氣缸MSQB200A。4 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的控制部分計(jì)算41 回路計(jì)算氣動(dòng)執(zhí)行元件的工作順序圖：1）第一次上升 2）手臂伸出 3) 手爪夾緊4）延 時(shí)5）手臂縮回 14）手腕反轉(zhuǎn) 6）第一次下降 13）回轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn) 7）手腕正轉(zhuǎn) 12）第二次手臂縮回11）延時(shí)10）手爪松開(kāi) 9)第二次手臂伸出8）回轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)42 執(zhí)行元件選擇 1 類(lèi)型與主要尺寸參數(shù)如下表（表41）氣缸或馬達(dá)標(biāo)號(hào)內(nèi)徑mm活塞桿直徑mm行程mm全行程需要時(shí)（s）耗氣量cm3/s指部夾緊缸MDBB50-35500350.587.92

34、腕部葉片馬達(dá)CDRB1BW50-180S500 180臂部伸縮缸CDA1BN40-50040105002118.335升降缸MDBB50-30050163001.5352.308齒輪齒條馬達(dá)QGK-1RSD80T180-E2800 180表41 類(lèi)型與主要尺寸參數(shù)2 耗氣量計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-5，可得計(jì)算公式有桿腔：Q=(D2-d2)S/(4t) （41） 無(wú)桿腔：Q= D2S/(4t) （42） Q每秒鐘壓縮空氣消耗量 D氣缸內(nèi)徑(大徑) d氣缸活塞桿直徑(小徑) S氣缸行程 t桿單向伸縮時(shí)間1)夾緊缸：已知缸徑D=0.040米，行程s=0.035米，全行程需時(shí)間t1=0.5秒，代入42式，

35、可算出壓縮空氣量： Qa=0.0420.035/(40.5)87.92cm3/s 2)伸縮缸：已知缸徑D=0.050米，小徑d=0.016米，行程s=0.5米，全行程需時(shí)間t2=2秒，代入41式，可算出壓縮空氣量： Qb=(0.042-0.012)0.5/(42)297.375cm3/s 3)升降缸：已知缸徑D=0.050米，小徑d=0.01米，行程s=0.3米，全行程需時(shí)間t2=2秒，代入41式，可算出壓縮空氣量： Qc=(0.052-0.0162)0.3/(41.5)352.308cm3/s 4) 腕部馬達(dá)耗氣量：根據(jù)公式可可算出壓縮空氣量:G=pznV1/(RT1) （43）Q=GRT0

36、/P0 （44） Qd=pznV1/(RT1)RT0/P0 =5.0105Z30 V1/(1.013105) =148ZV1 m3/min 注意：由于Z和V1的具體參數(shù)不全,故具體的數(shù)據(jù)不能算出.舉有關(guān)資料顯示其值小于352 cm3/s5) 臂部馬達(dá)耗氣量：Qd=pznV1/(RT1)RT0/P0 =5.0105Z30 V1/(1.013105)=148ZV1 m3/min由于Z和V1的具體參數(shù)不全,故具體的數(shù)據(jù)不能算出.舉有關(guān)資料顯示其值小于352 cm3/s 43 控制元件的選擇1)選擇類(lèi)型 根據(jù)系統(tǒng)對(duì)控制元件的工作能力及流量要求，按照氣動(dòng)回路原理圖，初選各控制閥如下： 主控電磁換向閥：為SMC之VF5000系列和SMC之S