搬運機械手的設計

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1、 第 0 頁 畢 業(yè) 設 計（論文） （說 明 書） 題 目： 搬運機械手的設計 姓 名： 編 號： XXXXX 學院 年 月 日 第 1 頁 摘要 本課題設計的為通用圓柱坐標系機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn) 物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進 行操作的自動化技術設備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā) 展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證 明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞 動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬 運和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機械

2、手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、 深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性， 有著廣闊的發(fā)展前途。 通過對機械手進行結(jié)構(gòu)設計和液壓傳動原理設計，它能實現(xiàn)自動上料運動， 自動搬運棒料。機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設定。 關鍵詞： 搬運機械手,手爪,手腕,手臂,液壓，PLC 第 2 頁 Abstract This topic design for general cylindrical coordinate manipulator. Industrial machinery hand is the inevitable product of indust

3、rial production, it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with a predetermined transfer request or the workpiece hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial production of the

4、further development plays an important role in. So they have strong vitality of the people by the extensive attention and welcome. Practice has proved, the industrial robot can replace the staff of the heavy labor, significantly reduced labor intensity of workers, improve working conditions, improve

5、 labor productivity and the level of automation. Industrial production often appears in the bulky workpiece handling and frequent long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and othe

6、r toxic, pollution of the environment under the conditions of operation, but also show its superiority, there are broad development prospects. Through the mechanical hand for structure design and the hydraulic transmission principle design, it can realize the automatic feeding, automatic handling ba

7、r. The manipulator motion speed is to meet the requirements to set the productivity. Key words: manipulator, gripper, wrist, arm, hydraulic, PLC 第 3 頁 目錄 摘要 .1 ABSTRACT .2 第一章 緒論 .4 1.1 搬運機械手的組成 .4 1.2 設計的主要內(nèi)容 .5 第二章 搬運機械手執(zhí)行機構(gòu)的設計 .7 2.1 手部設計計算 .7 2.1.1 對手部設計的要求 .7 2.1.2 拉緊裝置原理 .8 2.1.3 手部驅(qū)動力的計算 .8 2

8、.2 腕部回轉(zhuǎn)設計計算 .11 2.2.1 腕部的結(jié)構(gòu)形式 .11 2.2.2 手腕驅(qū)動力矩的計算 .12 2.3 手臂伸縮機構(gòu)設計計算 .14 2.4 手臂升降機構(gòu)設計 .15 2.4.1 尺寸設計 .16 2.4.2 尺寸校核 .17 2.5 手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計 .18 2.5.1 計算扭矩 M1 .19 2.5.2 機構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)： .20 2.6 液壓泵的初選擇 .20 第三章 搬運機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計 .23 3.1 手部抓取缸 .23 3.2 腕部擺動液壓回路 .24 3.3 手臂伸縮液壓缸回路 .25 3.5 手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路 .26 3.6 總體系統(tǒng)圖 .26 第四章 搬運機

9、械手控制系統(tǒng)的設計 .29 4.1 機械手的模擬工作過程 .29 4.2 機械手的操作原理 .31 4.3 機械手傳送系統(tǒng)梯形圖 .31 參考文獻 .34 致謝 .35 第 4 頁 第一章 緒論 1.1 搬運機械手的組成 搬運機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成 圖 1.1 搬運機械手的動作順序和檢測元件、執(zhí)行元件的布置示意圖 1.執(zhí)行機構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附 式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手 指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾

10、緊力來完成夾放工件的任務。 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。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手 的立柱通常為固定不動的。 第 5 頁 機座：是機械手的基礎部分。機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故 起支承和聯(lián)接的作用。 2.驅(qū)動系統(tǒng)：機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓 傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。 3.控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定的 要求進行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為

11、電器與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也 不斷增多。 搬運機械手各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖 1.2 所示。 圖1.2 機械手組成方框圖 1.2 設計的主要內(nèi)容 設計通用圓柱坐標系機械手及控制系統(tǒng)。設計中的機械手各動作由液壓缸驅(qū)動，并有電 磁閥控制，技術指標如下： 抓重：50N-200N 自由度（四個自由度） 動作 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 400mm 小于 250mm/s 升降 Z 300mm 小于 70mm/s 第 6 頁 回轉(zhuǎn) 0120 小于 90/s 手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn) 行程范圍 0180 速度 小于 90/s 手指夾持范圍：棒料，直徑 5070mm，長度 4501200mm 定位精

12、度：3mm。 控制方式：PLC 第 7 頁 第二章 搬運機械手執(zhí)行機構(gòu)的設計 2.1 手部設計計算 2.1.1 對手部設計的要求 1、有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞棒料的 已加工表面。對于剛性很差的棒料夾緊力大小應該設計得可以調(diào)節(jié)，對于本應考慮采用自鎖 安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 本機械手手部的手指有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為 開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范 圍的要求與許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，工 作環(huán)境許可，開閉范圍

13、大一些較好，如圖 2.1 所示。 圖 2.1 機械手開閉示例簡圖 第 8 頁 3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機械 手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單， 重量輕，體積小。 4、手指應有一定的強度和剛度 5、其它要求 對于夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀為圓形棒料，因此最常采用的是外卡式兩指鉗爪，夾 緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 2.1.2 拉緊裝置原理 如圖 2.3 所示：油缸右腔停止進油時，彈簧力向右工件，油缸右腔進油時松開工件。

14、當油缸的右腔停止進油時，彈簧收到向右的力，使與彈簧相連的手部受到向右的拉力， 從而使手爪合攏。當油腔的右腔進油時，彈簧受到向左的壓力，使與彈簧相連的手爪向外伸 出，從而放松工件。 左出油口 右進油口 圖 2.2 缸示意簡圖 2.1.3 手部驅(qū)動力的計算 第 9 頁 圖 2.3 手部受力分析 1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座 如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 P，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 P1、P2 ，其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1 和 OO2 并指向 O 點，P1 和 P2 的延長線交 O1O2 于 A 及 B，由

15、于 O1OA 和O2OA 均為直角 三角形，故 AOC=BOC=。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 Fx=0,P1=P2;Fy=0 P=2P1cos P1=P/2cos 銷軸對手指的作用力為 p1。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握 力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設兩力的大小相等，方向相反，以 N 表示。 由手指的力矩平衡條件，即m01(F)=0 得 P1h=Nb 因 h=a/cos 所以 P=2b(cos) N/a2 式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（毫米）。 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。 由上式可知，當驅(qū)動力 P 一定時， 角增大則握力

16、N 也隨之增加，但 角過大會導致 第 10 頁 拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取 =3040。這里取角 =30 度。 這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。查工業(yè)機械手設計基礎 中表 2-1 可知，V 形手指夾緊圓棒料時，握力的計算公式 N=0.5G，綜合前面驅(qū)動力的計算 方法，可求出驅(qū)動力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構(gòu) 效率的影響，其實際的驅(qū)動力 P 實際應按以下公式計算，即： P 實際=PK1K2/ 式中 手部的機械效率，一般取 0.850.95； K1安全系數(shù)，一般取 1.22 K2工作情況系數(shù)，

17、主要考慮慣性力的影響， K2 可近似按下式估計， K2=1+a/g，其中 a 為被抓取工件運動時的最大加速度，g 為重力加速度。 本機械手的工件只做水平和垂直平移，當它的移動速度為 500 毫米/秒，移動加速度為 1000 毫米/秒 ，工件重量 G 為 98 牛頓，V 型鉗口的夾角為 120,=30時，拉緊油缸的驅(qū)2 動力 P 和 P 實際計算如下： 根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當量夾緊力計算 公式 N=0.5G 把已知條件代入得當量夾緊力為 N=49（N） 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式 P=2b(cos) N/a 得2 P=P 計算=245/27(cos30

18、) 49=122.5(N) P 實際=P 計算 K1K2/ 取 =0.85, K1=1.5, K2=1+1000/98101.1 則 P 實際=122.51.51.1/0.85=238(N) 第 11 頁 2.2 腕部回轉(zhuǎn)設計計算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活， 轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕 部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn) 0180，即90 角速度 W 小于 90/s 以最大負荷計算 2.2.1 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本搬運機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差， 回轉(zhuǎn)角度為115.

19、 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進行連接和 定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當回轉(zhuǎn)油缸的兩 腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為手腕的回轉(zhuǎn)運動。 圖 2.4 機械手的腕部結(jié)構(gòu) 第 12 頁 2.2.2 手腕驅(qū)動力矩的計算 驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動 時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等 處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動時 所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： M 驅(qū)=M

20、 慣+M 偏+M 摩 （N.m） 式中 M 驅(qū)驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M 慣慣性力矩 （N.m） M 偏參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的 動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 （N.m） M 摩手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 （N.m） 圖 2.5 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算圖 摩擦阻力矩 M 摩 M 摩 = （N1D1+N2D2） （N.m）2f 式中 f軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取 f=0.02，滑動軸承取 f=0.1； N1 、N2 軸承支承反力 （N）； D1 、D2 軸承直徑（m） 第 13 頁 由設計知 D1=0.035m D2=0.054m N1=800N N2=200N

21、G1=98N e=0.020 時 M 摩 =0.1（2000.035+8000.054）/2 得 M 摩 =2.50（N.m） 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 M 偏 M 偏 =G1 e （N.m） 式中 G1工件重量（N） e偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心 線重合時，M 偏為零 當 e=0.020，G1=98N 時 M 偏 =1.96 （Nm） 腕部啟動時的慣性阻力矩 M 慣 當知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 時，可用下式計算 M 慣 M 慣 =（J+J 工件） （Nm） t 式中 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （1/s） T手腕啟動過程中所用時間（ s），（假定啟動過程中近為

22、加速 運動） J手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ kgm ）2 J 工件工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （kgm ） 按已知計算得 J=2.5，J 工件 =6.25， =0.3m/ m ,t=22 故 M 慣 = 1.3（ Nm） 當知道啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 時，也可以用下面的公式計算 M 慣： M 慣= （J+J 工件） （Nm）2 式中 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）; 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （1/s）。 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可取 M =1.11.2 （M 慣+M 偏+M 摩 ） （N.m） 第 14 頁 M = 1.2（2.5+1.96+1.3 ） =6.9

23、（N.m） 2.3 手臂伸縮機構(gòu)設計計算 手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。 臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看， 它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較 復雜。 機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位 方式就顯得尤其重要了。 手臂的伸縮速度為小于 250m/s 行程 L=400mm 1.手臂右腔工作壓力，公式得： P=（F+ F 摩）/S 式中：F取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=30+25=55kg， F 摩=1800N。

24、所以代入公式得：F=2350N 由課本液壓與氣壓傳動表 9-2 表得：負載小于 5KN 時，工作壓力小于 0.8MPa， 取 P=0.6MPa S=（F+ F 摩）/P =（5510+1800）/0.6 =3917mm 由 S=R得 R= =35.3mm 則 D=70.6mm3.14/S 由課本液壓與氣壓傳動查表 4-2 得直徑為 80mm 2.手臂右腔流量，公式得： Qmax=sv 第 15 頁 =25040 =1256000.65mm/s =1256ml/s 2.4 手臂升降機構(gòu)設計 手臂執(zhí)行機械手動作，實現(xiàn)機械手功能，通過升降機構(gòu)可以實現(xiàn)機械手整體的上升與下 降，聯(lián)接手爪可以實現(xiàn)貨物的上

25、升與下降。 由于手臂重量較大，因此，升降需要導向和支撐部件來實現(xiàn)功能。 手臂的升降速度小于 70mm/s，行程為 300mm，符號為 Z 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設計與校核 手臂升降機構(gòu)如圖 2.6 圖 2.6 手臂升降機構(gòu) 工作原理： 第 16 頁 當液壓油從下端油口輸入時，升降液壓缸將做上升運動，液壓油從上端油口回油；當液 壓油從上端油口進油時，液壓缸做下降運動，液壓油從下端油口回油 2.4.1 尺寸設計 氣缸長度設計為 ,氣缸內(nèi)徑為 ,半徑 R=105mm,軸徑 半mb120mD210mD402 徑 ,氣缸運行角速度 = ，加速度時間 0.5s,壓強 ,mR20s/9 tMPa.0 則力矩：

26、2 )(rRpM ).(5 )02.15.(04.6mN 2.4.2 尺寸校核 測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量 ,分析部件的質(zhì)量分布情況，kgm120 質(zhì)量密度等效分布在一個半徑 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量：r 2 1J10.2 （ ）6.2.mkg tJM.慣 ).(108596mN 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定摩擦系數(shù) ,2k 第 17 頁 慣摩 Mk.）（ mN.451082 總驅(qū)動力矩 摩慣驅(qū) ）（ mN.413508 設計尺寸滿足使用要求。M驅(qū) 2.5 手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計 本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的手臂結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn) 0210 角速度 W 小于

27、 90/s 以最大負荷計算： 當工件裝夾在手爪上，伸縮手臂處于最大長度時，采用估算法，總重為 100Kg，伸縮液 壓缸伸出總長度 L=800mm。 第 18 頁 圖 2.7 手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu) 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理： 改回轉(zhuǎn)液壓缸為，軸不轉(zhuǎn)動，缸桶轉(zhuǎn)動。軸當液壓油從 B 側(cè)進入時，回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶 逆時針轉(zhuǎn)動；當液壓油從 A 側(cè)進入時，回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶順時針轉(zhuǎn)動 本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的手臂結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn) 0210 角速度 W 小于 90/s 以最大負荷計算： 當工件裝夾在手爪上，伸縮手臂處于最大長度時，采用估算法，總重為 100Kg，伸縮液 壓缸伸出總長度

28、 L=800mm。 2.5.1 計算扭矩 M1 設重力集中于離手指中心 250mm 處，假設所夾的重物的重力為 F，即扭矩 M2 為： M2=FS =10000.25=250（NM） 由于有油缸配件、擺動缸的摩擦力矩的存在，暫且在計算力矩的基礎上乘以系數(shù) =1.2 第 19 頁 則 M 總= M2=2501.2=300（NM） 由公式 T=Pb（A1-mm ）106/8 其中： b葉片密度，這里取 b=3cm； A1擺動缸內(nèi)徑, 這里取 A1=15cm； mm轉(zhuǎn)軸直徑 , 這里取 mm=6cm。 所以代入公式 P=8T/b（A1-mm）106 =8300/0.03（0.15-0.06）106

29、=4.23Mpa 由 W=8Q/（A1-mm）b 所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.15-0.06）0.03/8 =0.5610-4m/s =56ml/s 2.5.2 機構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)： 手部抓緊 直徑 70mm 行程 50mm 工作壓力 4.18MPa 流量 251.2ml/s 速度 50mm/s 腕部回轉(zhuǎn) 內(nèi)徑 120mm 轉(zhuǎn)軸直徑 50mm 行程 0180（90） 工作壓力 2.71MPa 流量 35ml/s 速度小于 90/s 小臂伸縮 內(nèi)徑 80mm 行程 400mm 工作壓力 0.6MPa 流量 1256ml/s 速度小于 250m/s 手臂升降 內(nèi)徑 100mm

30、行程 300mm 工作壓力 0.6MPa 速度小于 70mm/s 第 20 頁 流量 549.5ml 手臂回轉(zhuǎn) 內(nèi)徑 150mm 轉(zhuǎn)軸直徑 60mm 行程 0210 工作壓力 4.23MPa 流量 56ml/s 速度小于 90/s 2.6 液壓泵的初選擇 1.根據(jù)小節(jié) 2.5.2 中計算所得參數(shù)可知 所需液壓最高壓力 P=4.23Mpa 所需液壓最大流量 Q=1256ml/s 選取 CB-D 型液壓泵（齒輪泵） 此泵工作壓力為 10Mpa，轉(zhuǎn)速為 1800r/min，工作流量 Q 在 3270ml/r 之間，即 900mm/s2100mm/s，可以滿足需要。 2.驗算腕部擺動缸： T=Pb（A

31、1-mm） m106/8 W=8v/（A1- mm）b 式中：m機械效率?。?0.850.9 v容積效率?。?0.70.95 所以代入公式得： T=2.710.03（0.12-0.05 ）0.85106/8 =102.8（N M） TM=121（N M） 代入公式得： Wmax=（83510-6）0.85/（ 0.12-0.05）0.03 第 21 頁 =0.667rad/s W/21.57rad/s 因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=3Mpa 流量 Q=40ml/s 3.驗算手臂回轉(zhuǎn)擺動缸： T=Pb（A1-mm） m106/8 W=8v/（A1- mm）b 式中：m機械效率?。?0.850

32、.9 v容積效率取： 0.70.95 所以代入公式得： T=4.230.03（0.15-0.06）0.85106/8 =254.8（NM） TM 總 =300（NM） 代入公式得： Wmax=（85610-6）0.85/（ 0.15-0.06）0.03 =0.672rad/s W/21.57rad/s 因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=5Mpa 流量 Q=60ml/s 圓整其他缸的數(shù)值： 手部抓取缸工作壓力 P =4.5Mpa 流量 Q=300ml/ s 小臂伸縮缸工作壓力 P =0.6Mpa 流量 Q=1300ml/s 手臂升降缸工作壓力 P =0.6Mpa 流量 Q=600ml/s 4.確

33、定電機規(guī)格： 第 22 頁 通過對液壓泵的型號的確定，液壓泵選取 CB-D 型液壓泵，額定壓力 P=10Mpa，工作流 量在 3270ml/r 之間。選取 1500ml/s（90L/min）為額定流量的泵 因此：傳動功率 功率=壓力流量/（60效率） N=PQ/ 式中：=0.8 （經(jīng)驗值） 所以代入公式得： N=1090/（ 600.8） =18.75KW 選取 380V 交流異步電動機的額定功率 20KW，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。 第三章 搬運機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設計 第 23 頁 經(jīng)過比較分析以及工業(yè)上的應用，驅(qū)動系統(tǒng)的設計采用液壓驅(qū)動裝置 3.1 手部抓取缸 圖 3.1 鉗式手爪缸液壓原

34、理圖 泵的供油壓力 P 取 10Mpa，流量 Q 取系統(tǒng)所需最大流量即 Q=1300ml/s。 因此，需裝調(diào)速閥，流量定為 300ml/s，工作壓力 P=5Mpa。 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 23E1-10B 二位三通閥 第 24 頁 3.2 腕部擺動液壓回路 圖 3.2 腕部擺動液壓回路 工作壓力 P=3Mpa 流量 Q=40ml/s 采用： 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 34E1-10B 三位四通換向閥 YF-B10B 溢流閥 第 25 頁 3.3 手臂伸縮液壓缸回路 圖 3.3 手臂伸縮液壓缸回路 工作壓力 P=0.6Mpa 流量 Q=1300

35、ml/s 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 23E1-10B 三位四通閥 圖 3.3 手臂伸縮液壓缸回路 3.4 手臂升降液壓缸回路 圖 3.4 手臂升降液壓缸回路 第 26 頁 工作壓力 P=0.6Mpa 流量 Q=600ml/s 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 23E1-10B 三位四通閥 3.5 手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路 圖 3.5 手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路 工作壓力 P=4.23MPa 流量 Q=56ml/s 采用： 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 34E1-10B 三位四通換向閥 YF-B10B 溢流閥 3.6 總體系統(tǒng)圖 第

36、27 頁 圖 3.6 總體系統(tǒng)圖 工作過程 小臂伸長手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂回轉(zhuǎn)小臂收縮手部放松 電磁鐵動作順序如表 3.1 第 28 頁 表 3.1 電磁鐵動作順序表 元件 動作 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 小臂伸長 + + - + - + 手部抓緊 + + - + - + - 腕部回轉(zhuǎn) + + - + - - - 小臂收縮 + - - - + - + - 手部放松 + - - - + - + 第 29 頁 第四章 搬運機械手控制系統(tǒng)的設計 控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分。根據(jù)本課題的要求采用 PLC 控制方式，機械手的手 部、腕部、臂部等的動作以及相關機械的

37、協(xié)調(diào)動作都是通過 PLC 的控制來實現(xiàn)的。主要控制 內(nèi)容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。 4.1 機械手的模擬工作過程 圖 4.1 機械手的工作過程 由于控制點數(shù)比較少，因此我們選擇使用小型 PLC 來控制，通過對經(jīng)濟效益的比較， 我們采用三菱 PLC，采用 FX2N-40MR 1 輸入輸出點數(shù)的分配 - 第 30 頁 表 4.1 輸入和輸出點的分配 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸出 啟動 SB1 X000 夾緊 SB5 X010 電磁閥下降 YV1 Y000 下限行程 SQ1 X001 放松 SB6 X011 電磁閥夾緊 YV2 Y001 上限行程 SQ

38、2 X002 單步上升 SB7 X012 電磁閥上升 YV3 Y002 右限行程 SQ3 X003 單步下降 SB8 X013 電磁閥右行 YV4 Y003 左限行程 SQ4 X004 單步左移 SB9 X014 電磁閥左行 YV5 Y004 停止 SB2 X005 單步右移 SB10 X015 原點指示 EL Y005 手動操作 SB3 X006 回原點 SB11 X016 連續(xù)操作 SB4 X007 工件檢測 SQ5 X017 2.輸入和輸出點原理接線圖 輸入和輸出點原理接線圖如圖 4.2 所示。 圖 4.2 原理接線圖 第 31 頁 4.2 機械手的操作原理 操作原理圖如 4.3 所示。

39、 圖 4.3 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 4.3 機械手傳送系統(tǒng)梯形圖 回原位程序和自動操作程序。是用步進順控方式編程。在各步進順控末行，都以 RET 第 32 頁 結(jié)束本步進順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣臃祷爻跏紤B(tài) S1。而自動操 作程序能自動返回初態(tài) S2。 第 33 頁 圖 4.4 機械手傳遞系統(tǒng)梯形圖 第 34 頁 參考文獻 1 張應金 . PLC 在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應用.自動化博覽，2008 年 02 月刊：71- 73. 2 曾繁鈴 . 工業(yè)機械手設計基礎. 常熟理工學院報， 2008 年 4 月第 22 卷第 4 期 101- 104. 3 羅庚合.蔡霞. 搬運機械

40、手的 PLC 控制. 西安航空技術高等?？茖W校，2002 年，第 20 卷第一期：7-9. 4 言紀蘭.懂峰. 基于 PLC 控制的搬運機械手的應用. 機械工程與自動化，2008 年 4 月第 2 期：156-158 5 楊峰. SMR 搬運機械手的 PLC 控制系統(tǒng)設計. 機車車輛工藝，1998 年第 6 期： 36-40. 6 詹貴印.周紅梅.三自由度液壓機械手的 PLC 控制研究. 裝備制造行業(yè)應用，2007 年 7 月：109-112. 7 姜培剛.蓋玉先. 機電一體化系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2008 年. 8 王坤.何小柏. 機械設計.北京：高等教育出版社，1996 年.

41、9宋學義著. 袖珍液壓氣動手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995 年 3 月 10陳奎生著. 液壓與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008 年 5 月 11SMC（中國）有限公司 . 現(xiàn)代實用氣動技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2003 年 10 月 12徐文燦著. 氣動元件及系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995 13曾孔庚.工業(yè)機器人技術發(fā)展趨勢. 機器人技術與應用論壇 14壽慶豐.一種多指多關節(jié)機器手爪. 機械設計 1999 年第 3 期，第 3 卷 15高微,楊中平,趙榮飛等.機械手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計. 機械設計與制造 2006 年第 1 期 第 35 頁 致謝 本次設計是在我的

42、導師悉心指導下完成的。劉老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和精益求精的工作作 風使我受益匪淺。在此，我首先向劉老師表示誠摯的感謝，并致以崇高的敬意! 本次畢業(yè)設 計是大學期間所學知識的綜合運用，通過這次設計把所學的基礎理論和專業(yè)課程作了一個總 結(jié)和回顧，加深了對理論的理解，能夠掌握機械設計的全套思路，為即將走上工作崗位和以 后的發(fā)展打下了一定的基礎。 在設計過程中，我查閱了大量的圖書資料以及網(wǎng)絡上的資料，包括機械零件、材料力學、 液壓控制、幾何量公差與測量、機械制圖、機械手設計基礎等等，尤其是在從對各類設計手 冊的查閱中，我的知識面得到了很大的提高；通過對該課題的獨立設計，使我對機械知識有 了一個更加深入的了解，對機械這門學科有了進一步的理解。也使我獨立設計的能里有了極 大的提高。 在課題的研究和開發(fā)階段，我得到了很多老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示 衷心的感謝。在設計過程中，遇到不懂的地方，我也經(jīng)常與同事、同學進行討論，解決難題。 感謝所有關心我的朋友和老師，同時感謝平職學院的良好學習環(huán)境使我避免了很多的彎路。 當然，由于本人設計水平有限、在課程中沒有接觸過機械手的相關課程，實際經(jīng)驗的不 足，以及時間上的限制，在設計中難免存在一些錯誤。懇請老師給予以批評以及指正。