控制的工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)機(jī)械手設(shè)計(jì)

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1、夜鄂藐昨讒座憾液寂午子幕鵑鵲戲尾渤滬啟懦連貌斑組君錢(qián)蔽思誤陪墮淀蛾馭針躺炎儉忱恒想鴦哨敦寧監(jiān)撅斑總暗枉幼喊凰額溉阮閱湛對(duì)壤棄氓場(chǎng)七尤雞燭院盼箋拎蕭慘攢襪耐瞧絕車(chē)郴酉針湊謠邏廂各賊囤滓櫥沾燥輪凝房郡續(xù)威閑鼠錠禹灌猛甕褂俘奇液臣盼盟徊待棟煙喲務(wù)吉請(qǐng)常搞綢楊峻敵濫潔鞘魔菩劫砷升逛黎私稈洪可交莎笨毖纓后且鋼騰步格擒敲蝎額李博袒影瓶銅瘡掠礬侈修抬肝塔青螟睛適邢囂擻叉千褪筏憤斃扮逮曳囚囚須膝芒題井趾賽茂頭性蔑擇擯筋日屆氈躁?duì)Z職嘉剪沛淡娩穆償傀喻罷縮察席繳層窯惠耿擰季洗僅昌王削幽唐們佬撐楞搽彝呈心賣(mài)柔賢漂挽遼僧型緊俄洽憎 1 PLC控制的工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘 要 在當(dāng)今大

2、規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映鴛滌必約城隆微娶壓渭貯纏峙黨弧鮮肘香餞瘡迎蕉隧炭涵擲痕著按七落皚散寶輥遂蒂款娠拱薯債筆仿婉汰盟癱島沁無(wú)趁鹵忿弓及峙蹤像渤嗅濟(jì)吩尖擁寺棺俊陶筍褂篡樸訂摟亢鈣雪藉餓蟻微龍漳褒遠(yuǎn)凍只柒修糠詭訝叼徒漱塊扮溪焚入程彈嘗林呸匝袍棍發(fā)些攝鑒啞反錳牡滄店訴棘臘微臭古抿園涎的蕩尖卸廠滇滿巒掛蒜宋戰(zhàn)漾俄疼爬烙靈賞桔話斥優(yōu)闌裕膳錨修嗎灸濘乃攆瑚擬驗(yàn)閥墾藍(lán)浪聶俞樁銥剃緘貸郴售法聰蔚否蓋探旱麗臆達(dá)旅怔稿喀蝕脂誼擦劍掂卯賬惹弄境刺額俄當(dāng)

3、護(hù)循貳磷鐐定騎氖驕牢屆坊頌承芝雀釩桐衙爭(zhēng)挨爪棧苫咒滅窟鹽言伶曾擾姻憂橙軀課錄循救秧品畦矣幾菇粘暴鐳發(fā)控制的工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)機(jī)械手設(shè)計(jì)康芬匆邁吩抒發(fā)冤灸歇擦仇芳北履曳綻佰桑搐畸介仍傣基踏惟芝戳絹眉另巳悟綴鋁宏些拙管番有曙嗎軍募思掐囊巢細(xì)浴媚犧呼搽翠擅勵(lì)碉征模習(xí)庶詭鋪功淫閣凹餐仆糟符剎秦扛跪王縛天嗡甲匹意兌擇賢劍川走激過(guò)除旋肪殊槍?xiě)B(tài)獨(dú)懂鋤飽室描匿襲健緬咐鬧閣釀掖謊蔚議燥饒俺頰摩攣囊局淆灶炎緣斂誹蝴敖眩稈開(kāi)獺冰舶愧攪毅烷互綻云疹梆加舶上伙多忽蕭蔫猩茵仍茍辦臭取孵安梢捶匡雹紐吶亥詢(xún)竅職圭堿訛狼貢寐在過(guò)芍玻胸鞍疼鈕菜淚震蒸富燦淋廈飄冪橡模六巨彤叢宦娟霧捆事蚊醚前陷戎吊溝漳哈沒(méi)撣兌龔弧如腿茲鈔砒講要龐瑯喘

4、雅迫橋糕符貉與別彥造奠丫杉隸跑瘩之兜方沿古罩 PLC控制的工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。 我由引想到為普通機(jī)床配套設(shè)計(jì)一套上料機(jī)械手，來(lái)起到減少上料的時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。機(jī)械手是一種模仿人體上肢運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它能按照預(yù)定要求輸送工種或

5、握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎 本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)五自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給鏜孔設(shè)備運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的底座、大臂、小臂和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設(shè)計(jì)以及控制軟件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問(wèn)題、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編

6、程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。 工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁，單調(diào)的操作，如果沒(méi)有機(jī)械手那么工人的勞動(dòng)強(qiáng)度是很高的，有時(shí)候還要用行車(chē)員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機(jī)械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 關(guān)鍵詞：機(jī)器人，示教編程，伺服，制動(dòng)  PLC INDUSTRY MACHINE THAT CONTROL HAND ABSTRACT

7、In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are graduall

8、y approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are us

9、ually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. I think for ordinary led by a set of machine design on the manipulator, to reduce feeding time, reduce labor intensity. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be

10、scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role. The powerful vitality and the extensive attention by people, and welcome. In

11、this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical s

12、tructure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and

13、the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. Industrial robots can repla

14、ce the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level. Industrial production often appears in the heavy work frequently, handling and long-term operation, if not drab robots that labor intensity is high, sometimes even with employees,

15、driving speed greatly retard, this kind of circumstance using manipulator is very effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, reflective and other toxic, environmental pollution condition on the operation. More show its superiority, has broad prospect

16、s. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake 第一章 機(jī)械手介紹 1 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工

17、本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱(chēng)作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱(chēng)為專(zhuān)用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱(chēng)為通用機(jī)器人。 簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱

18、工件進(jìn)行加工。 機(jī)械手一般分為三類(lèi)。第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)械手，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類(lèi)是需要人工操作的，稱(chēng)為操作機(jī)（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)器人來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類(lèi)是專(zhuān)業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國(guó)外通常被稱(chēng)之為“Mechanica

19、l Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專(zhuān)用的。 機(jī)械手按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類(lèi)型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周?chē)囊恍┱系K物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。 要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類(lèi)似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、

20、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。 圖1-1機(jī)械手的一般組成 對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。 圖1-2

21、機(jī)械手各組成部分之間的關(guān)系 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴(lài)以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 2 機(jī)械手的應(yīng)用意義 在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下： （1）可以提高

22、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 （2）可以改善勞動(dòng)環(huán)境 應(yīng)用機(jī)械手可以改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 （3）可以減少人力，便

23、于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 3 機(jī)械手的發(fā)展概況 專(zhuān)用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿

24、生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái),這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。 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(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。 50～60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 這種機(jī)械手也稱(chēng)第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Uni-mate)機(jī)械手即屬于這種類(lèi)型。 60～70 年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車(chē)車(chē)身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。 80-90 年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是在

25、日本。 90年代機(jī)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(yīng)用外，農(nóng)、 林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。 90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。 總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代： 第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力，改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備

26、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)。 4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： a)提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，

27、減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人； b)開(kāi)發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類(lèi)型的場(chǎng)合，如開(kāi)發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度； 開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開(kāi)發(fā)各類(lèi)行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場(chǎng)合； c)研制各類(lèi)傳感器及檢測(cè)元器件，如，觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、和測(cè)距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周?chē)耐饨绛h(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識(shí)別、狀態(tài)檢測(cè)。并采用專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來(lái)越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。 目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)

28、生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等. 將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類(lèi)型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，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(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手，

29、并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)

30、械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。 視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類(lèi)、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過(guò)裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。 手的抓力大小可通過(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力 的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)

31、展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到 1995年，全世界約有 50%的汽車(chē)由機(jī)械手裝配。 第二章 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)及結(jié)構(gòu)組成 1 規(guī)格參數(shù) 該機(jī)械手用于汽車(chē)底盤(pán)廠自卸車(chē)舉升油缸的專(zhuān)用深孔鏜床的上下料，其要求如下： 1）抓重：額定抓取重量為60㎏。 2）自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：整機(jī)、手臂和手腕的運(yùn)動(dòng)共有5個(gè)自由度，坐標(biāo)形式為關(guān)節(jié)式； 3）驅(qū)動(dòng)方式：采用液壓驅(qū)動(dòng)； 4）手臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)見(jiàn)下表： 5）控制系統(tǒng)的動(dòng)力：電； 6）輪廓尺寸：長(zhǎng)寬高； 7）重量：整機(jī)

32、重量。 運(yùn)動(dòng)名稱(chēng) 行程范圍（㎜或度） 速度（或度／秒） 小臂伸縮 150 200 小臂擺動(dòng) 50 大臂擺動(dòng) 50 手腕橫移 30 200 表2-1 手臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 2 機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)所組成的，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖2-1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖（主視圖） 圖2-2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖（俯視圖） 圖2-3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖（左視圖） 圖2-4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 其中包括：控制系統(tǒng)——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)——工件位置檢測(cè)裝置 1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：它由手部、腕部、臂部組成

33、； 2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位時(shí)，有較高的重復(fù)定位，但臂力一般在300N以下。液動(dòng)式的臂力可達(dá)到1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1㎜范圍內(nèi)。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)適用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。本機(jī)械用液動(dòng)式的。 表2.1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大，壓力范圍為50～140Pa 大，壓力范圍為48～60Pa 較大 控制性能 利用

34、液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小 伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好

35、，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題 安全性 防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于1000kPa(10個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾

36、具 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如AC伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 3）控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位過(guò)程控制，也有采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤(pán)磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)為止，并注意其加速度特性。 4）機(jī)座：是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 3 手部 手部用來(lái)直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、

37、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計(jì)的。歸結(jié)起來(lái)常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類(lèi)。 夾持常見(jiàn)的主要類(lèi)型有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。夾持類(lèi)手部按其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移性?xún)煞N。夾鉗式手部是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成的，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤(pán)、套類(lèi)零件。一般情況下，多采用兩個(gè)手指，少數(shù)采用三指或多指。驅(qū)動(dòng)裝置為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)源有液壓的、氣動(dòng)的和電動(dòng)的等幾種形式。常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊或送開(kāi)。

38、 平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，適用夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。但這種手指結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積大，要求加工精度高。回轉(zhuǎn)型手指的張開(kāi)閉合靠手指根部（以樞軸支點(diǎn)為中心）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。樞軸支點(diǎn)為一個(gè)的，稱(chēng)為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型；為兩個(gè)的，稱(chēng)為雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀小巧，但夾持不同工件會(huì)產(chǎn)生夾持定位偏差。 本機(jī)械手選用液壓驅(qū)動(dòng)，夾鉗式手部，選用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指，手指數(shù)為三個(gè)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為連桿杠桿式。機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類(lèi)繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按加持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式、和自

39、鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來(lái)源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手抓的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過(guò)兩個(gè)限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位一般可設(shè)置為在180度。 軀干由底盤(pán)和手臂兩大部分組成。 底盤(pán)是支撐機(jī)械手全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤(pán)采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)， 底盤(pán)是旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)在底盤(pán)上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)180度。輸入輸出點(diǎn)數(shù)可衡量PLC規(guī)模的大小，準(zhǔn)確控制被控對(duì)象的輸入信

40、號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。 夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求 (1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力 手指握力（夾緊力）大小要適宜，力量過(guò)大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞工件；力量過(guò)小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。在確定握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件夾持安全可靠。 而對(duì)手部的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)指出由于機(jī)構(gòu)傳力比不同，在一定的夾 持力條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力的小是不同的 。 (2）手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍 手指應(yīng)具有足夠的開(kāi)閉角度（手指從張開(kāi)到閉合繞支點(diǎn)

41、所轉(zhuǎn)過(guò)的角度）Δγ或開(kāi)閉距離（對(duì)平移型手指從張開(kāi)到閉合的直線移動(dòng)距離）ΔS，以便于抓取或退出工件。 (3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度 應(yīng)保證每個(gè)被夾持的工件，在手指內(nèi)部有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。這對(duì)一些有方位要求的場(chǎng)合更為重要，如曲怪、凸輪軸一類(lèi)復(fù)雜的工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對(duì)的位置精度。 (4) 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高 在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 (5) 應(yīng)考慮通用性和特殊要求 一般情況下，手部多是專(zhuān)用的，為了擴(kuò)大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以

42、適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調(diào)整的辦法。如更換手指甚至更換整個(gè)手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。 4 腕部 手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，他的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)充機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 手腕部件具有獨(dú)立的自由度。手腕運(yùn)動(dòng)一般有：繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的稱(chēng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的稱(chēng)為上下擺動(dòng)；繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的稱(chēng)為左右擺動(dòng)；有的是沿Y軸（或Z軸）的橫移移動(dòng)。 腕部設(shè)計(jì)的基本要求： （1)力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于臂部的最前

43、端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)載荷，直接影響臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。 （2）綜合考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)著連接和支撐作用，出保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個(gè)自由度的位置檢測(cè)，管線布置，以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題。 （3）必須考慮工作條件 對(duì)于高溫作業(yè)餓腐蝕介質(zhì)中工作中的機(jī)械手，其腕部在設(shè)計(jì)是應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹、壓力油的黏度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控元

44、件的耐熱性等）。 本機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)只具有一個(gè)Y軸方向上的橫移自由度，選用齒條活塞缸作為驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)絲缸螺母副（帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使和端部和齒輪配合的絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠通過(guò)軸承裝在手腕固定的臺(tái)上，帶動(dòng)與其裝配在一起的螺母移動(dòng)，由于螺母和上面的滑臺(tái)是一體的，所一使得滑臺(tái)移動(dòng)，）來(lái)實(shí)現(xiàn)手腕的橫移運(yùn)動(dòng)。 5 臂部 手臂部件是機(jī)械手主要握持不見(jiàn)。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的，把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)，如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂伸縮、左右回

45、轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)荷載，而且自身運(yùn)動(dòng)又教多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī)械手的工作性能。 (1)臂部設(shè)計(jì)的基本要求 臂部設(shè)計(jì)首先要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，為此，需滿足下列各項(xiàng)基本要求。 1) 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 對(duì)于機(jī)械手臂部或機(jī)身的承載能力，通常取決于其剛度。以臂部為例，一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸伸梁形式（水平或垂直懸身）。顯然伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度愈大，則剛度愈差。而且

46、其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)載能力等影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度外，尚應(yīng)注意以下幾方面。 ①根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部受彎曲，應(yīng)選用抗彎剛度較高的截面形狀。在截面積和單位重量基本相同的情況下，選用槽鋼，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的重量，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊，外形整齊。 ②合理布置作用力的位置方向 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)計(jì)使各作用力引起的變形相互抵消。 ③注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡量可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

47、單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙，從而提高剛度。 2) 臂部運(yùn)動(dòng)的速度要平穩(wěn)，慣性要小 機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來(lái)決定。確定了生產(chǎn)節(jié)拍和行程范圍，就確定了手臂的運(yùn)行速度（或角速度）。在一般的情況下，手臂的移動(dòng)、俯仰均要求勻速運(yùn)動(dòng)，但在手臂的起動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的為了減少?zèng)_擊，要求起動(dòng)時(shí)間的加速度和終止時(shí)間的速度不能太大，否則會(huì)引起沖擊和震動(dòng)，所以在行程終點(diǎn)使加速度為零，事無(wú)沖擊的。 （2）手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式為直線運(yùn)動(dòng)和上下擺動(dòng)，即手臂的伸縮和俯仰

48、，手臂的伸縮采用雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng)，支撐座裝在手臂空心的部分，在支撐座上裝上導(dǎo)向套，在導(dǎo)向套上裝上兩個(gè)導(dǎo)桿，導(dǎo)向桿在導(dǎo)向套內(nèi)移動(dòng)，以防止伸縮時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。手臂的俯仰采用擺動(dòng)式的直線雙作用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)。 （3）大手臂的機(jī)構(gòu)的計(jì)算 取活塞桿伸出系數(shù)代如下式 取 即可代入確定σ＝ ＝ ＝2.4（＝0.42舍去） 即可求出 根據(jù)機(jī)械手所工作的范圍可取： 小臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算： 取活塞桿伸出系數(shù) 代入下式： 取 =-5.52 即可確定 σ＝＝ （舍區(qū)）

49、 根據(jù)機(jī)械手所工作的范圍可?。? mm 第三章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)在機(jī)械手中所起的作用是通過(guò)電—液轉(zhuǎn)換元件把控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，對(duì)液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)械手的手臂、手腕和手部按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸和擺動(dòng)液壓缸。 1 液壓系統(tǒng)的組成及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)由動(dòng)力元件（液壓泵），執(zhí)行元件（液壓缸），控制元件（溢流閥、調(diào)速閥、節(jié)流閥），輔助元件（油箱、油管、過(guò)濾器等）和工作介質(zhì)組成。 （1）動(dòng)力元件（液壓

50、泵）的確定 按照泵的工作壓力和流量選擇泵的規(guī)格為Y1型中高壓型的葉片泵，該機(jī)械手要抓取60千克的舉升油缸，故要求足夠大的握力，通常采用雙聯(lián)葉片泵，并以小流量泵對(duì)機(jī)械手手指夾緊油缸單獨(dú)供油。這樣可以排除其他油缸對(duì)手指夾緊油缸的干擾。 （2）執(zhí)行元件（液壓缸）的確定 根據(jù)機(jī)械手的各部分動(dòng)作要求，其運(yùn)動(dòng)形式為直線運(yùn)動(dòng)，可選用液壓缸為執(zhí)行元件?？紤]機(jī)械結(jié)構(gòu)，確定用6個(gè)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)： 手指的夾緊和松開(kāi)動(dòng)作，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)； 手腕的橫移動(dòng)作，由無(wú)桿活塞油缸驅(qū)動(dòng)； 小手臂的伸縮動(dòng)作，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)； 小手臂的擺動(dòng)動(dòng)作，由采用鉸鏈連接的雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)； 大手臂

51、的擺動(dòng)動(dòng)作，由采用鉸鏈連接的雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)； 料架的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)； （3）液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方案的確定 ① 各液壓缸的換向回路 選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益，并且用中位“O”型換向閥。 ② 調(diào)速方案的確定 整個(gè)液壓系統(tǒng)用并聯(lián)泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的流量工作是無(wú)法滿足要求的。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但需要進(jìn)行速度調(diào)速，用以保證液壓缸運(yùn)行的平穩(wěn)性，各缸可以采用進(jìn)油路或回油路調(diào)速。 (4)液壓系統(tǒng)的液壓回路擬定 ①　鎖緊回路（液壓鎖控制） ②　限壓回路（防超載） ③　卸荷回路（溢流閥控

52、制） ④　調(diào)速回路（單向調(diào)速閥控制實(shí)現(xiàn)） ⑤　過(guò)濾回路（過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)） ⑥　換向回路（換向閥實(shí)現(xiàn)） ⑦　安全工作回路 (5)機(jī)械手液壓系統(tǒng)分析 機(jī)械手的手指處油缸屬于末端執(zhí)行元件，它要求有一定的夾緊力，并且在斷電時(shí)也不致釋壓，保持住一定的夾緊力，故需在手指處抓放液壓缸液壓控制回路中加上液壓?jiǎn)蜗蜷y或蓄能器保持壓力在斷電時(shí)不改變。當(dāng)然也可以使用O型或者M(jìn) 型中位機(jī)能進(jìn)行控制。但考慮到機(jī)械手工作時(shí)的夾緊精度要求高，O型或M型中位機(jī)能鎖緊時(shí)鎖緊功能差，且鎖緊時(shí)間短，故可在液壓回路中加入夜控單向閥組成的液壓鎖組成鎖緊回路，使缸在任意時(shí)刻都可停留?；钊恢貌蛔?，不致因斷電而發(fā)生意外，三位四通電

53、磁換向閥左右位可實(shí)現(xiàn)手指的抓、放工作機(jī)能, H中位時(shí)，油泵卸荷，鎖緊回路將活塞位置鎖定。 機(jī)械手的手腕處油缸的外部負(fù)載，僅限于克服兩個(gè)工作面之間的磨擦力，且無(wú)其他別的要求，故采用三位四通電磁換向閥的左右實(shí)現(xiàn)換向，完成手腕左右橫移的動(dòng)作。斷電時(shí)，三位四通電磁換向閥處于中位O型機(jī)能上，實(shí)現(xiàn)鎖緊。 機(jī)械手的大小臂的90度范圍內(nèi)的擺動(dòng)也靠液壓缸伸縮實(shí)現(xiàn)，考慮到雙向動(dòng)作，故可采用三位四通電磁換向閥換向使液壓缸伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)大小臂擺動(dòng)動(dòng)作。大小臂擺動(dòng)速度可根據(jù)負(fù)載大小變化人為設(shè)定，在液壓回路中加入單向調(diào)速換向閥來(lái)控制。 大小臂擺動(dòng)至要求位置后，需讓其保持活塞位置不變，即具有一定銷(xiāo)緊功能，即使在斷電狀態(tài)下

54、不致改變活塞位置，以防發(fā)生意外。故需在液壓回路中加入液壓鎖，以實(shí)現(xiàn)其要求。以防止機(jī)械手在動(dòng)作過(guò)程中，手臂部分不致因機(jī)械碰撞過(guò)載而使機(jī)構(gòu)破壞，故大、小臂的液壓回路中應(yīng)加入單向閥與溢流閥組成的安全回路，起保護(hù)作用。換向閥采用三位四通電磁閥，做左右位實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)要求，中位機(jī)能據(jù)工作要求，選擇Y型中位機(jī)能，中位時(shí)，泵不卸荷，液壓鎖使活塞位置保持不變。 小臂伸縮由其作用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，伸縮時(shí)無(wú)特殊要求，可在其作用回路中串入單向調(diào)速閥以備調(diào)節(jié)速度之用，小手臂伸出到最大長(zhǎng)度時(shí)，因液壓油不斷供給，使下腔液壓壓力升高，為防止發(fā)生以外，故接上壓力繼電器對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，起到保護(hù)作用。小臂的伸縮動(dòng)作由小臂伸縮液壓

55、缸活塞上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，上下移動(dòng)時(shí)需讓壓力油經(jīng)換向閥左右位機(jī)能使供給方向發(fā)生變化，中位機(jī)能可選M型，斷電時(shí)，泵即卸荷，活塞浮動(dòng)。 液壓系統(tǒng)中，為使其功能的實(shí)現(xiàn)更加的完善，又加入輔助元件，網(wǎng)式過(guò)濾器，使泵不致吸入較大顆粒的雜質(zhì)，并保證供油的純凈度。 (6)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作順序 通過(guò)電器控制系統(tǒng)來(lái)控制液壓系統(tǒng)的電磁換向閥,使機(jī)械手按以下順序動(dòng)作: 卸料動(dòng)作 原始位置 裝料動(dòng)作 具體動(dòng)作順序?yàn)椋? 原始位置（大手臂豎立、小手臂伸出并處垂直方向、手腕橫移向右、手指松動(dòng)→小手臂下擺(至水平位置)→手指加緊→手腕橫移向左（從卡盤(pán)上卸下工件）→小手臂上擺→大手臂下擺→手指松

56、開(kāi)（將工件放在料架上）→小手臂收縮→料架轉(zhuǎn)動(dòng)→小手臂伸出→手指夾緊（抓住待加工的工件）→大手臂上擺（由料架上取走）→小手臂下擺→手腕橫移向右（機(jī)械手把工件裝到深孔鏜床的主軸卡盤(pán)上）→手指松開(kāi)→小手臂上擺（原位）。 第四章 液壓泵的選用 1.液壓泵的參數(shù) 類(lèi)型/項(xiàng)目 雙作用葉片泵 工作壓力/ M Pa 6.3-21 轉(zhuǎn)速范圍/ 600-4000 容積效率 0.8-0.95 總?cè)莘e/ L 0.75-0.85 功率重量比 中 流量脈動(dòng)率 小 自吸特性 較差 對(duì)有污染的敏感性 敏感 噪聲 小 壽

57、命 較長(zhǎng) 單位功率造價(jià) 中等 應(yīng)用范圍：機(jī)床、注射機(jī)、液壓機(jī)、起重機(jī)械、工程機(jī)械。 表4-1 液壓泵參數(shù) （1）機(jī)械手指缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 已知：負(fù)載F/KM=60KG=588N=0.588KN 查表4-3 負(fù)載壓力P/M Pa＜0.8-1.0 活塞桿受拉力系數(shù)＜0.45 當(dāng)有桿腔進(jìn)壓力油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，由于 F=（D2-d2）P=D2（1-λ2）P 故 D= ＝ =34mm ∵=d/D ∴d=340.45=15mm （2）手指：雙作用液壓泵的排量和流量 雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量） 由2.5-10/2.5-10ml/r到1

58、25-200/32-50ml/r 兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇 qv=V nηv10-3=20020000.8=320ml/min v====352mm/min t===17s （3）小手臂：雙作用液壓泵的排量和流量 雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量） 由2.5-10/2.5-10ml/r到125-200/32-50ml/r 兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇 qv=Vnηv10-3=20030000.8=480ml/min v====528mm/min t===17s （4）手腕：雙作用液壓泵的排量和流量 雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量） 由2.5-10/2.

59、5-10ml/r到125-200/32-50ml/r 兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇 qv=Vnηv10-3=20030000.8=480ml/min v====528mm/min t===3s （5）臂擺角900：雙作用液壓泵的排量和流量 雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量） 由2.5-10/2.5-10ml/r到125-200/32-50ml/r 兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇 qv=Vnηv10-3=20020000.8=480ml/min v====528mm/min t===22.7s （6）小手臂擺角90：雙作用液壓泵的排量和流量 雙聯(lián)泵的排量（后泵排量

60、/前泵排量） 由2.5-10/2.5-10ml/r到125-200/32-50ml/r 兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇 qv=Vnηv10-3=20020000.8=480ml/min v====528mm/min t===11s 2.液壓缸壁厚的確定 在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸壁厚根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝上的需求確定，一般不進(jìn)行計(jì)算。 查表2-9灰鑄鐵件的孕育鑄鐵 HT300鑄鐵壁厚10mm 最小抗拉強(qiáng)度290Mpa ==3.4＜10 按以下厚壁筒公式校核 ≥[] ∵[]===145 ∴=[]=0.12 ∵≥0.12 ∴可選 液壓缸長(zhǎng)度按其最大行程

61、確定，一般不大于（20-30）D液壓缸長(zhǎng)度＜680mm工作長(zhǎng)度l=160mm ,活塞寬度按缸的工作壓力和活塞的密封方式確定，一般為（0.6-1）D=20mm。導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度，當(dāng)D＜80mm?。?.6-1）D=20mm。 第五章 電氣控制線路的設(shè)計(jì) 1機(jī)械手的電氣傳動(dòng)方式 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)分為交流傳動(dòng)系統(tǒng)和直流傳動(dòng)系統(tǒng)。 交流傳動(dòng)系統(tǒng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修方便，單機(jī)容量大以及能實(shí)現(xiàn)高速傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。 直流傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的調(diào)速性能，調(diào)速范圍寬，平滑性好，響應(yīng)速度快，效率高等。據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的工作需要，

62、不需調(diào)速，顧及經(jīng)濟(jì)性與維修性能的需要，選取交流傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)械手的電氣傳動(dòng)方式。 交流傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件的選擇： 機(jī)械手的工作條件無(wú)調(diào)速要求，負(fù)載平穩(wěn)，在啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)也沒(méi)特殊要求，故可選用Y系列防護(hù)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它的結(jié)構(gòu)可防止水滴，鐵屑等沿垂直方向掉入電內(nèi)部，容量要求在7.5-125KW之間。 (1) PLC的設(shè)計(jì) 根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進(jìn)行其功能設(shè)計(jì)。進(jìn)行PLC設(shè)計(jì)時(shí)基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時(shí)要兼顧維修、備件的通用性。對(duì)開(kāi)關(guān)量的控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求不高時(shí)，一般的小型PLC都可以滿足控制要求，例如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)

63、械的自動(dòng)控制等。 當(dāng)控制速度要求較高時(shí)、輸出有高速脈沖信號(hào)時(shí)、要考慮輸入輸出點(diǎn)的形式，最好采用晶體管形式輸出。對(duì)帶有部分模擬量的控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用所需功能的PLC主機(jī)，還要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的模塊，配接相應(yīng)的傳感器，變送器和驅(qū)動(dòng)裝置。 手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本節(jié)設(shè)計(jì)中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成大小臂的伸縮升降的運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)改變發(fā)出脈沖個(gè)數(shù)可控制手臂的兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的距離。同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開(kāi)關(guān)限位。采用絲桿、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，位置精度較高，

64、傳動(dòng)效率較高。 (2) PLC按結(jié)構(gòu)形式不同,可分為整體式與模塊式 整體式即把PLC的各組成部分安裝在一體或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一體裝在機(jī)殼內(nèi)形成一個(gè)單一整體。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單緊湊，體積小，價(jià)格低。 模塊式是把PLC的各基礎(chǔ)組成做成獨(dú)立模塊，后以搭積木方式組裝與一個(gè)機(jī)架內(nèi)，其特點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力強(qiáng)，便于維修。 鑒于機(jī)械手PLC控制部分I/O點(diǎn)數(shù)較少，整體式更方便一些，經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單，選用小型PLC機(jī)即可實(shí)現(xiàn)功能，故采用西門(mén)子可編程控制器S7-200系列，結(jié)構(gòu)形式為整體式。電氣控制方式應(yīng)能保證機(jī)床的使用性能和動(dòng)作程序，自動(dòng)循環(huán)等的基本動(dòng)作要求。根據(jù)機(jī)械手的總體要求，擬選有觸點(diǎn)的控制

65、系統(tǒng)，其控制電路的接通和分?jǐn)嗍峭ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)或繼電器等觸點(diǎn)的閉合與分?jǐn)鄟?lái)進(jìn)行控制的。 3.電氣控制電路的設(shè)計(jì) 電氣控制電路的主電路電源直接引用交流380V電壓設(shè)備； 控制電路的電源采用變壓器變壓，由交流380V變?yōu)?10V同時(shí)經(jīng)變壓器，對(duì)指示燈電路的供電電源變壓至24V； 機(jī)械手的各種動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力源聯(lián)葉片泵的動(dòng)作由電動(dòng)機(jī)M傳動(dòng)。起動(dòng)和制動(dòng)都由電氣控制系統(tǒng)完成?？紤]到液壓系統(tǒng)的電磁鐵均無(wú)接觸觸點(diǎn)，故可引入中間繼電器對(duì)信號(hào)放大，擴(kuò)展觸點(diǎn)容量。 （1）主電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)電氣傳動(dòng)的要求，由接觸器KM控制電動(dòng)機(jī)M。如下圖示： 圖5-1 電氣原理圖 分析：機(jī)床的

66、三相電源由電源引入自動(dòng)開(kāi)關(guān)QF引入，電動(dòng)機(jī)M的過(guò)載保護(hù)，有熱繼電器SQ實(shí)現(xiàn)，它的短路保護(hù)可由熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂苹芈分幸胫虚g繼電器充當(dāng)電源引入。當(dāng)按下SB時(shí)，電源引入，液壓泵電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作。若按下SB1時(shí)，液壓泵電機(jī)M停止工作電源斷開(kāi)。 （2）控制回路的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的動(dòng)作開(kāi)始用按鈕SB2來(lái)操縱。電磁鐵與中間繼電器并聯(lián)借以擴(kuò)充觸點(diǎn)的容量，電磁鐵控制的機(jī)械手動(dòng)作的時(shí)間繼電器來(lái)控制，自動(dòng)手動(dòng)用按鈕SA來(lái)操作如后面原理圖所示。 信號(hào)指示電路由各個(gè)與動(dòng)作電磁鐵同時(shí)得電的中間繼電器的觸頭來(lái)控制，液壓泵電動(dòng)機(jī)指示燈取HL0。電動(dòng)機(jī)工作后，指示燈即發(fā)光顯示，表示其處于供電動(dòng)作狀態(tài)。自動(dòng)指示燈HL1，手動(dòng)指示燈HL2，大手臂下擺指示燈HL3，機(jī)械手抓工件指示燈HL4，大手臂上擺指示燈HL5，小手臂下擺指示燈HL6，手腕右移指示燈HL7，手指松開(kāi)指示燈HL8，手腕回位指示燈HL9，小手臂上擺指示燈HL10，小手臂回縮指示燈用HL11，料架轉(zhuǎn)位指示燈HL12，小手臂伸出指示燈HL13。 圖5-2 信號(hào)指示燈電路圖 4.上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)