數(shù)控加工數(shù)控機(jī)床機(jī)械手上下料設(shè)計(jì)精編

1、（數(shù)控加工）數(shù)控機(jī)床機(jī)械手上下料設(shè)計(jì)20XX年XX月多年的企業(yè)咨詢豉問經(jīng)驗(yàn).經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證可以落地機(jī)行的卓越管理方案，值得您下載擁有數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)摘要:通過對機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動化專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，對工業(yè)機(jī)械手各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，以及實(shí)際操作中的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì) 了壹種圓柱坐標(biāo)形式的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手。重點(diǎn)針對機(jī)械手的手爪、手腕、手臂、腰座 等各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)械手控制系統(tǒng)（傳動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)）進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。同時對其控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算?；赑LC對機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入細(xì)致的設(shè)計(jì)，通過對機(jī)械手作業(yè)的工藝過程和控制要求的分析，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)

2、的硬件電 路，同時編制了機(jī)械手的控制程序。設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC;液壓伺服定位；電液系統(tǒng)目錄第1章前言1選題背景.1設(shè)計(jì)目的.1發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢.1第2章機(jī)械手各部件的設(shè)計(jì).3機(jī)械手的總體設(shè)計(jì).3機(jī)械手總體Z構(gòu)的類型.3具體設(shè)方f方案.4機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).4設(shè)計(jì)要求.4驅(qū)動方式.5典型Z構(gòu).5具體設(shè)方f方案.6機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).7手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求.7具體設(shè)方f方案.7機(jī)械手手臂構(gòu)的設(shè)計(jì).8手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求.8具體設(shè)方f方案.8機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).9腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求.9具體設(shè)方f方案.9機(jī)械手的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).10傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題.10常用的傳動機(jī)構(gòu)

3、形式.10具體設(shè)方t方案.11機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì).12常用驅(qū)動系統(tǒng)及其特點(diǎn).12具體設(shè)方f方案.12機(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).12平衡機(jī)構(gòu)的形式.12具體設(shè)十方方案.13第3章理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算.14電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算.14有關(guān)參數(shù)的計(jì)算.14電機(jī)型號的選擇.16液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算.18確定液壓系統(tǒng)基本方案.18擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路.19液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì).19繪制液壓系統(tǒng)圖.20確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù).21計(jì)算和選擇液壓元件.26第4章機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).28系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).28操作面板布置.28工藝過程和控制要求.28作業(yè)流程.29控制器白選型.30控制系統(tǒng)原理分析.31PLC

4、外部接線設(shè)計(jì).31/O地址分配.32系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).33控制主程序流程圖.33控制程序設(shè)計(jì).34結(jié)論.51致謝52參考文獻(xiàn)53第壹章前言選題背景由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生 產(chǎn)自動化機(jī)械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過 程中的重要產(chǎn)物之壹，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，仍能代替人類完成高強(qiáng)度、 危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，能夠說是壹舉倆得。在機(jī)械行業(yè)中， 機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸, 特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、

5、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為 柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中壹個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī) 械手共同構(gòu)成壹個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，能夠節(jié)省龐大的工件輸送裝 置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但目前我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的 水平和國外比仍有壹定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā) 直接影響到我國機(jī)械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十 分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)具有重要意義。設(shè)計(jì)目的目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強(qiáng)度 大、生產(chǎn)效率低，而且具有壹定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的

6、發(fā)展趨勢。 為了提高工作效率，降低成本，且使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行 業(yè)自動化生產(chǎn)的要求，針對具體生產(chǎn)工藝，結(jié)合機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用機(jī)械手技術(shù)， 設(shè)計(jì)用壹臺上下料機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機(jī)械手主要和數(shù) 控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢目前，國內(nèi)外各種機(jī)械手和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體 趨勢如下：壹.機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。二.工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、 網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，結(jié)構(gòu)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，而且維修方便。

7、三.機(jī)械手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，仍引進(jìn)了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發(fā)展。四.關(guān)節(jié)式、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、 系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)械手開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌 跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；五.焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)械手產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊 化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。總的來說，大體是倆個方向：其壹是機(jī)械手的智能化，多傳感器、多控制器，先 進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是和生產(chǎn)加工相聯(lián)系，性價比高，在 滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)

8、的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器， 市場化、模塊化的元件。第二章機(jī)械手各部件的設(shè)計(jì)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有四種：直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 和關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下：.直角坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖2-1.a 。直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是用三個相互垂直的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的, 由于直線運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，因此，其運(yùn)動位置精度高，但此種類 型機(jī)械手的運(yùn)動空間相對較小，如要達(dá)到較大運(yùn)動空間，則要求機(jī)械手的尺寸足 夠大。直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為壹空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作 業(yè)。直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式，龍

9、門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。.圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是用壹個回轉(zhuǎn)運(yùn)動及倆個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.b。其工作空間是壹個圓柱狀的空間。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡單，精度相對 較高，常用于搬運(yùn)作業(yè)。.球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是由倆個回轉(zhuǎn)運(yùn)動和壹個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.c o其工作空間是壹個類球形的空間。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精 度不很高，主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。.關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動是由三個回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.d。相對機(jī)械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機(jī)械手在 工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如

10、焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)械手又分為 水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型倆種2.1.2具體采用方案如圖2-2所示機(jī)械手模擬工作布局圖，根據(jù)實(shí)際操作的需要，該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動，其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運(yùn)動，另壹個為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動因此其自由度數(shù)目為3,綜合考慮，應(yīng)選擇圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)，具結(jié)構(gòu)簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設(shè)計(jì)要求。2.2機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求手爪是用來進(jìn)行操作及作業(yè)的裝置，具種類很多，根據(jù)操作及作業(yè)方式的不同， 分為搬運(yùn)用、加工用、測量用等。搬運(yùn)用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸 附被搬運(yùn)的物體；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銃刀等加工工具

11、的機(jī)械 手附加裝置，用來進(jìn)行相應(yīng)的加工作業(yè)；測量用手爪是裝有測量頭或傳感器的附 加裝置，用來進(jìn)行測量及檢驗(yàn)作業(yè)。機(jī)械手手爪設(shè)計(jì)有如下要求：1、機(jī)械手手爪是根據(jù)機(jī)械手作業(yè)要求來設(shè)計(jì)的。既根據(jù)其應(yīng)用場合設(shè)計(jì)手爪， 在滿足作業(yè)要求的前提下，機(jī)械手手爪仍要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。2、機(jī)械手手爪的萬能性和專用性是矛盾的。萬能手爪在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，甚至很 難實(shí)現(xiàn)，從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)械手手爪，加之以快速更換裝置，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的多種作業(yè)功能，而不主張用壹個萬能的手 爪去完成多種作業(yè)，以考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。3、機(jī)械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機(jī)械手，這

12、 就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。4、機(jī)械手手爪要便于安裝和維修，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。驅(qū)動方式壹股工業(yè)機(jī)械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運(yùn)動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式倆種。機(jī)械手夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種：.氣動驅(qū)動方式這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運(yùn)動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運(yùn)動速度。由于氣動驅(qū)動系統(tǒng)價格較低，所以氣動夾持器在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍。 另外, 由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運(yùn)動具有壹定的柔順性，這壹點(diǎn)是抓取 動作十分需要的。.電動驅(qū)動方式電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。這種手爪，壹般采用直流伺

13、服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，且需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。電動驅(qū)動方式可實(shí)現(xiàn)手爪的力和位置控制?？墒?，這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求的條件下，因?yàn)殡姍C(jī)有可能產(chǎn) 生火花和發(fā)熱。.液壓驅(qū)動方式液壓驅(qū)動方式是利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，傳動剛度大，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制。.2.3典型結(jié)構(gòu)機(jī)械手手爪的典型結(jié)構(gòu)有以下五種：.楔塊杠桿式手爪利用楔塊和杠桿來實(shí)現(xiàn)手爪的松、開，來實(shí)現(xiàn)抓取工件。.滑槽式手爪當(dāng)活塞向前運(yùn)動時，滑槽通過銷子推動手爪合且，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)活 塞向后運(yùn)動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。.連桿杠桿式手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動，由于杠

14、桿的力放大 作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常和彈簧聯(lián)合使用。.齒輪齒條式手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊和松開動作。.平行杠桿式手爪采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就能夠保證手爪的倆手指保持平行運(yùn)動，且比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小得多。.2.4具體設(shè)計(jì)方案結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計(jì)采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過 活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加 工工件的直徑來調(diào)定。本設(shè)計(jì)按照工件的直徑為50mm來設(shè)計(jì)。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖2-3所示：機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端，和手爪相連接

15、，它和機(jī)械手手臂配合，使 手爪在空間運(yùn)動，完成所需要的作業(yè)動作。手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1、由于手腕安裝在機(jī)械手末端，因此要求手腕設(shè)計(jì)應(yīng)盡量小巧輕盈， 結(jié)構(gòu)緊湊2、根據(jù)作業(yè)需要，設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕的自由度。壹般情況下，自由度數(shù)目愈多， 腕部的靈活性愈高，對對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但自由度的增加，必然使腕部 結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制更困難，成本也會相應(yīng)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù) 實(shí)際作業(yè)要求來確定3、為實(shí)現(xiàn)腕部的通用性，要求有標(biāo)準(zhǔn)的連接法蘭，以便于和不同的機(jī)械手手爪 進(jìn)行連接。4、為保證工作時力的傳遞和運(yùn)動的連貫，腕部結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度。5、要設(shè)有可靠的傳動間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動精度

16、。6、手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動要有限位開關(guān)， 且設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞具體設(shè)計(jì)方案通過對數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對機(jī)械 手上下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性， 為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低控制的難度，本設(shè)計(jì)手腕不增加自由度，實(shí)踐 證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個自由度來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠。具 體的手腕（手臂手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見圖 2-4 o機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手的手臂在工作時，要承受壹定的載荷，且其運(yùn)動本身具有壹定的速度，因 此，機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)需要遵循以下設(shè)計(jì)要求：1、工作空間的形狀和大小和機(jī)

17、械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的 關(guān)系，因此手臂尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合理，壹般滿足其工作空間即可。2、為了提高機(jī)械手的運(yùn)動速度和控制精度，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。3、應(yīng)盡可能使機(jī)械手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于壹 點(diǎn)，這樣能夠使機(jī)械手運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)械手的控制。4、機(jī)械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。5、為提高機(jī)械手手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度、減小電機(jī)負(fù)載，機(jī)械手的手臂相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡。具體設(shè)計(jì)方案由于機(jī)械手手臂運(yùn)動為直線運(yùn)動，且考慮到搬運(yùn)工件的重量較大（質(zhì)量

18、達(dá)30KG）, 以及機(jī)械手的動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性，安全性和較高的剛度要求，因此選擇液 壓驅(qū)動方式。通過液壓缸的直接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運(yùn)動件， 因此不用再額外設(shè)計(jì)執(zhí)行件；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)計(jì) 算機(jī)的控制。由于液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都較容易實(shí)現(xiàn)，其 關(guān)鍵在于機(jī)械手運(yùn)動的穩(wěn)定性和剛度的設(shè)計(jì)。因此手臂液壓缸的設(shè)計(jì)原則是液壓 缸的直徑取得大壹點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。同時，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過 增大液壓缸的直徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計(jì)時另 外增

19、設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了倆個導(dǎo)桿，和活塞桿壹起構(gòu)成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了四個導(dǎo)桿，成正四邊形布置，為減小質(zhì)量， 各個導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動剛度和穩(wěn)定 性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求機(jī)械手的腰座，就是機(jī)械手的回轉(zhuǎn)基座。它是機(jī)械手的第壹個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，承受了 機(jī)械手的全部重量。因此在設(shè)計(jì)機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)時，有以下設(shè)計(jì)要求：1、由于腰座要承受機(jī)械手全部的重量和載荷，因此，機(jī)械手腰座的結(jié)構(gòu)要有足 夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機(jī)械手的第壹個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它 對機(jī)械手末端的運(yùn)動精度影響最大，因此

20、，在設(shè)計(jì)時要特別注意腰部軸系及傳動 鏈的精度和剛度。2、腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。要有可靠的定位基準(zhǔn)面和調(diào)整機(jī)構(gòu)。且腰座要 安裝在足夠大的基面，以保證機(jī)械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。3、腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動要有相應(yīng)的驅(qū)動裝置，它包括驅(qū)動器及減速器。驅(qū)動裝置壹 般都帶有速度和位置傳感器，以及制動器。4、為了減輕機(jī)械手運(yùn)動部分的慣量，提高控制精度，要求回轉(zhuǎn)運(yùn)動部分由比重 較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。具體設(shè)計(jì)方案腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式主要有倆種，壹是電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，二是通過擺動液壓缸或液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)?？紤]到腰座是機(jī)械手的第壹個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機(jī)械手的 最終精度影響大，故采用

21、電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。因?yàn)殡妱臃绞娇刂频?精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，不用額外設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)及其輔助元件。由于電機(jī)都不能直接 驅(qū)動，且考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，故采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行 減速和扭矩的放大。由于齒輪傳動存在著齒側(cè)間隙，影響傳動精度，故僅采用壹 級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100）,同時為了減小傳動誤差，齒輪采用 高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示：機(jī)械手的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題由于傳動部件直接影響著機(jī)械手的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力，因此，在設(shè)計(jì) 機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)時要注意以下問題：1、機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，重

22、量輕，體積小，以提高機(jī)械手的運(yùn)動 速度及控制精度。且在傳動鏈及運(yùn)動副中采用間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小反向空回所 造成的運(yùn)動誤差。2、盡量減少系統(tǒng)運(yùn)動部件的靜摩擦力，而正摩擦力為盡可能小的正斜率，以消 除爬行現(xiàn)象，增加系統(tǒng)壽命。3、盡量縮短傳動鏈，提高傳動和支承剛度。4、選用最佳傳動比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的 等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力。5、適當(dāng)?shù)淖枘岜取Ｗ枘岜仍酱?，零件產(chǎn)生振動時最大振幅越小，衰減越快。但 大的阻尼會使系統(tǒng)誤差增大，精度降低。故應(yīng)采取合適的阻尼比。常用的傳動機(jī)構(gòu)形式常用的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)主要有螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動、同步帶傳動等。.螺旋傳動它主要是用

23、來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。有傳遞 能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動為主的，如機(jī)床工作臺的 進(jìn)給絲杠。.齒輪傳動在機(jī)械手中常用的齒輪傳動機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及 蝸輪蝸桿傳動等。齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器，用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是壹個 力矩變換器。齒輪傳動時，齒輪傳動形式及其傳動比必須是最佳匹配，應(yīng)滿足驅(qū) 動部件和負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求，其輸入電動機(jī)為高轉(zhuǎn)速，低 轉(zhuǎn)矩，而輸出則為低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)矩，且系統(tǒng)要有足夠的剛度。同時，為保證在同 壹驅(qū)動功率時，具加速度響應(yīng)最大，仍要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小。為使系統(tǒng)穩(wěn)定，

24、不產(chǎn)生傳動死區(qū)，要盡量采用齒側(cè)間隙小，精度高的齒輪，且采用調(diào)整齒側(cè)間隙 的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低成本。.鏈傳動在機(jī)械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機(jī)械手末端的重量，壹般都將腕關(guān) 節(jié)驅(qū)動電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。由于電機(jī)距離被傳動的腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)， 故采用精密套筒滾子鏈來傳動。.同步帶傳動同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優(yōu)點(diǎn)的壹種新型傳動。為保證帶和帶輪 作無滑動的同步傳動，在帶的工作面及帶輪外周上均制有采用承載后無彈性變形 的高強(qiáng)力材料制成嚙合齒，通過齒間嚙合進(jìn)行傳動。具特點(diǎn)是傳動比準(zhǔn)確、傳動 效率高（可達(dá)98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、

25、不需要潤滑；傳動平穩(wěn)， 能高速傳動（可達(dá)40m/s ）、傳動比可達(dá)10,結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故 在機(jī)械手中使用很多。.6.3具體設(shè)計(jì)方案因?yàn)檫x用了液壓缸作為機(jī)械手的手臂，它既是關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，又是動力單元，因此不 需要中間傳動機(jī)構(gòu)，既簡化了結(jié)構(gòu)，又提高了精度。而其腰座的回轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電 動機(jī)驅(qū)動，而電動機(jī)不能作為直接驅(qū)動元件，因此為取得較大的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)分析比 較，選擇圓柱齒輪傳動。為了保證比較高的精度，盡量減小因齒輪傳動造成的誤 差；同時大大增大扭矩，以較大的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)械手的運(yùn)動平穩(wěn)，動態(tài)性能好。這里只采用壹級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100）,齒輪采用高強(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加

26、工制造。機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用驅(qū)動系統(tǒng)及其特點(diǎn)工業(yè)常用驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據(jù)需要也可將這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。.液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有動力大、力（或力矩）和慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動、精度 高等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)械手。.氣動驅(qū)動系統(tǒng)具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)械手中采用。可是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中。.電動驅(qū)動系統(tǒng)具有使用方便，噪聲較低，控制靈活等特點(diǎn)。這類驅(qū)動系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，但大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的

27、傳動機(jī)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)方案 在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要壹定 的定位控制精度，因此采用步進(jìn)電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。由于手臂采用液壓缸，故用液壓 驅(qū)動。隨著機(jī)床加工的工件的不同，手臂伸出長度不同，要求手臂具有伺服定位 能力，故采用電液伺服液壓缸進(jìn)行驅(qū)動。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活 塞和中間齒輪和扇形齒輪配合來實(shí)現(xiàn)，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端 部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。機(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型機(jī)械手能夠通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)， 使得手臂本身可能達(dá)到平衡。關(guān)節(jié)機(jī)械手手臂壹股都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動 器的

28、負(fù)荷，同時縮短啟動時間。平衡機(jī)構(gòu)的形式.配重平衡機(jī)構(gòu)這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機(jī)械手手 臂的慣量和關(guān)節(jié)軸的載荷。壹般在機(jī)械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用 這種平衡機(jī)構(gòu)。.彈簧平衡機(jī)構(gòu)彈簧平衡機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應(yīng)用 廣泛。.活塞推桿平衡機(jī)構(gòu)活塞式平衡系統(tǒng)分為倆種，壹是液壓平衡系統(tǒng)，二是氣動平衡系統(tǒng)。其中液壓平 衡系統(tǒng)平衡力大，體積小，有壹定的阻尼作用；而氣動平衡系統(tǒng)，具有很好的阻 尼作用，但體積比較大?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復(fù) 雜，因此造價高，設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都增加了難度，可是平衡效果好。用

29、于配重 平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。具體設(shè)計(jì)方案因?yàn)楸緳C(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)，而且在手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整個機(jī)械手的 設(shè)計(jì)和布局中都重點(diǎn)考慮了機(jī)械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu)，使得手臂本身盡可能達(dá)到平衡。若實(shí)際工作中平衡結(jié)果不滿足，則設(shè)置彈簧 平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。第3章理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算有關(guān)參數(shù)的計(jì)算.若傳動負(fù)載作直線運(yùn)動（通過滾珠絲杠）則有具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是驅(qū)動腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動形式屬于第二種。下 面進(jìn)行具體的計(jì)算。因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在 回轉(zhuǎn)軸上有；電機(jī)型號的選擇根據(jù)之上計(jì)算結(jié)果，且

30、綜合考慮各方面因素，決定選擇北京和利時電機(jī)技術(shù)有限 X公司（原北京四通電機(jī) X公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號為：110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或110BYG550B-BAKRMT-0301，該步進(jìn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩，低振動，綜合性能很好,各項(xiàng)參數(shù)如表3-2 。型號相步距靜向相電保定空載重轉(zhuǎn)動數(shù)角態(tài)電感持位啟動量慣量電阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頻率流矩矩（半步方式）100BYG550B-SAK50.36/30.710.080.53.56.49700RMA-03010.72100BYG550B-SAKRMT-030150.36/0.7230.710.080.53.

31、56.49700100BYG550B-BAKRMT-030150.36/0.7230.710.080.53.56.49700表3 2所選電機(jī)相關(guān)參數(shù)其中110BYG550B-SAKRMA-0301型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。如圖3-3所示驅(qū)動方式為升頻升壓，步距角為 0.36 0 o同時因?yàn)檠魁X輪傳動比為1: 120,步 進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速后傳遞到回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸實(shí)際的步距角將為電機(jī)實(shí)際步距角的 1/120 （理論上），雖然實(shí)際上存在著間隙和齒輪傳動非線性誤差，實(shí)際回轉(zhuǎn)軸 的最小步距角也仍然是很小的，故其精度相當(dāng)高，完全滿足機(jī)械手的定位精度要求。液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定液壓系統(tǒng)基本方案液

32、壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。二者的特點(diǎn)及適用場合見表3-1 : 因?yàn)闄C(jī)械手設(shè)計(jì)為圓柱坐標(biāo)形式，且具有 3個自由度，壹個為腰座的轉(zhuǎn)動，倆個 為手臂的移動自由度。同時考慮機(jī)械手的工作環(huán)境和載荷對其布局和定位精度的 要求，以及計(jì)算機(jī)的控制的因素，腰部的回轉(zhuǎn)用電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，機(jī)械手的水平手 臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動速度和運(yùn)動方向的控制是液壓回路的核心問題。速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二

33、者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速； 方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于壹股中小流量的液壓系統(tǒng)， 通過換向閥的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝 閥和先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，利用用比較簡單的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)，而方 向控制采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)。液壓源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)壹股用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng) 的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制且穩(wěn)定油源壓力的 作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力 油液的

34、凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。壹般泵的入口要裝粗濾油器，進(jìn)入系 統(tǒng)的油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在 回油路上設(shè)置磁過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對溫升的要求，仍要考慮加 熱、冷卻等措施。本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥 V1來調(diào)定系統(tǒng)壓力。為了保證液 壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵 的出口安裝精過濾器對循環(huán)的液壓油進(jìn)行凈化。繪制液壓系統(tǒng)圖本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖3-2所示（詳見圖紙第四頁），它擁有垂直手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、 張開三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，泵由三相交流異步電動機(jī)

35、 M拖動；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)定；1DT的得 失電決定了動力源的投入和摘除。考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的倆個單 向節(jié)流閥。當(dāng)5DT得電時，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥 V5進(jìn)入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕 緩抓緊；當(dāng)6DT失電時，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開。另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時其下降方向和負(fù)荷重力作用方向壹致，下 降時有使運(yùn)動速度加快的趨勢，為使運(yùn)動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動, 保證系統(tǒng)的安全性，采用V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供壹定的排油背 壓，以平衡重力負(fù)載。確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)

36、，選擇液壓元件的主要 依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。1.計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷.液壓缸主要參數(shù)的確定考慮到機(jī)械手的特點(diǎn)，系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此，先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的穩(wěn)定性和安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通過外部 的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方 面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下;因?yàn)樯炜s缸的作用主要是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，在其軸向上且不承受顯性的工作載荷（因?yàn)槭肿A持工件，受力方向?yàn)榇怪狈较颍?，軸向主要是克服摩擦力矩，其所

37、 受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質(zhì)為彎矩，使其產(chǎn)生彎曲變形。而且因?yàn)闄C(jī)械 手要求具有壹定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。同時具 有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度有較高的要求。因此，在水平伸縮缸的設(shè)計(jì)上，壹是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局 設(shè)計(jì)，使其具有盡量大的剛度。為了達(dá)到這個目的，設(shè)計(jì)中采用了倆個導(dǎo)向桿， 以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。另壹方面，為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定 性，將倆個導(dǎo)向桿和活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量,也大大增加了液壓缸的工作剛度。因?yàn)榇怪币簤焊姿惺艿妮d荷方式既有壹定的軸向載荷，又存在著比較大的傾

38、覆 力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求 是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能否有足夠的剛度來抗傾 覆。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿，較好的解決了 這壹問題。.液壓缸強(qiáng)度的較核（1）活塞桿直徑的較核3.2.6計(jì)算和選擇液壓元件.控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各 控制元件。.液壓泵的計(jì)算第4章機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)操作面板布置操作面板布置如圖4-2所示：機(jī)械手的操作方式分為手動操作和自動操作倆種。作：就是用按鈕作機(jī)械手的每壹步運(yùn)動進(jìn)行單獨(dú)的控制。當(dāng)選擇升/降按鈕時，按

39、下啟動按鈕，機(jī)械手上開；按下停止按鈕時，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)按鈕時，按下啟動按鈕，機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)動，而按下停止按鈕時， 機(jī)械手 逆時針轉(zhuǎn)動。同理，當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機(jī)械手爪夾緊，而 按下停止按鈕時，手爪松開作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕，機(jī)械手的動作將自動的、連續(xù) 的周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成壹個周期動作后， 回到原點(diǎn)位置。工藝過程和控制要求機(jī)械手的動作有腰座的旋轉(zhuǎn)，垂直手臂的升降，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊和 松開。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動；手爪的夾緊和放松，通過柱塞 缸和齒輪來實(shí)現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過步進(jìn)電動機(jī)和齒輪來實(shí)現(xiàn)。其

40、中，液壓缸由相應(yīng)的電磁閥控制，升降分別由雙線圈的倆位電磁閥控制，當(dāng)下 降電磁閥通電時，機(jī)械手下降；斷電時，機(jī)械手下降停止；當(dāng)上升電磁閥通電時, 機(jī)械手上升；斷電時，機(jī)械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、 伺服驅(qū)動器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。實(shí)現(xiàn)執(zhí)行手爪夾緊和放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制， 當(dāng)線圈不通電時，柱塞缸不工作，當(dāng)線圈通電時，柱塞缸工作沖程，手爪張開， 柱塞缸工作回程，手爪閉合。當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到機(jī)床上方，且準(zhǔn)備下降進(jìn)行上下料工作時，為了確保安全，必須 在機(jī)床停止工作且發(fā)出上下料命令時，才允許機(jī)械手下降進(jìn)行作業(yè)。同時，從工 件料架上抓取工件時

41、，也要先判斷料架上有無工件可取。作業(yè)流程機(jī)械手工作流程如圖4-1所示:從原點(diǎn)開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸且進(jìn)行伺服 定位，前伸到位后，停止前伸；一下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機(jī)械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件；一上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；一開始輸出高 PLC速脈沖，驅(qū)動機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過 90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動；一接著下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降

42、停止，機(jī)械手到達(dá)卡盤中心高度；一機(jī)械手開始水平定位后縮，將工件裝入機(jī)床卡盤；一當(dāng)工件裝入到位后，卡盤收緊；一機(jī)械手松開手爪，準(zhǔn)備離開；一接著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；一啟動高速月PLC區(qū)動機(jī)械手作順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動，機(jī) 械手回到原點(diǎn)待命；一機(jī)床進(jìn)行加工。當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工完壹個工件時，發(fā)送下料命令給機(jī)械手，機(jī)械手接到命令后，PLC 馬上輸出脈沖驅(qū)動機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)動， 當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖， 機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動；一下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機(jī)械手下 降且張開手爪

43、，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止且手 爪夾緊，夾緊已加工好的工件；一機(jī)床卡盤松開；一機(jī)械手開始前伸，將工件從 機(jī)床上取出，準(zhǔn)備運(yùn)走；一上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰 到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；一輸出高速就C,驅(qū)動機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動；一下 降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電， 下降停止；一接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準(zhǔn)備離開；一接 著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁 閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復(fù)原；一接

44、著機(jī)械手水平手臂開始后縮，準(zhǔn)備 回原點(diǎn)，當(dāng)后縮到位時，后縮停止，機(jī)械手回到原點(diǎn)，壹個上下料過程結(jié)束；一 機(jī)械手在原點(diǎn)等待命令，準(zhǔn)備下壹個工作循環(huán)。機(jī)械手的每次循環(huán)都從原點(diǎn)位置開始動作?？刂破鞯倪x型機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制 元件連接的靈活性和方便性，控制器應(yīng)選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業(yè) 環(huán)境設(shè)計(jì)開發(fā)的工業(yè)控制器-PLC ,故選擇在國內(nèi)應(yīng)用較多的西門子 S7-200型 PLC。具體型號為 SIMATICS7-200CPU224 。該P(yáng)LC集成14,輸入/10 ,輸出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個擴(kuò)展模塊， 最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或

45、35路模擬量I/O點(diǎn)，具有16K字節(jié)程序和數(shù) 據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHz高速脈沖輸出， 具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議 和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的 控制器?？刂葡到y(tǒng)原理分析 由于機(jī)械手作業(yè)時，取、放工件和裝、卸工件都有較高的定位精度要求，所以在機(jī)械手控制中，除了要對垂直手臂、執(zhí)行手爪液壓缸和腰部步進(jìn)驅(qū)動進(jìn)行開環(huán)控 制外，仍要對水平手臂進(jìn)行閉環(huán)伺服控制。為了減少PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，以伺服放大器作為閉環(huán)的比較點(diǎn)。伺服放大器具有傳 感器反饋輸入端，給定的輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較后形成的控制信號經(jīng)過PID調(diào)節(jié)和功率放大后，驅(qū)動電液伺服閥對液壓缸進(jìn)行伺服定位。PLC將上位機(jī)輸入的給定信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸出至伺服放大器，由伺服放大器作為閉環(huán)比較點(diǎn)，組成模擬控制系統(tǒng)，如圖 4-4所示：這種方案使得PLC控制量少(尤其是模擬量)，節(jié)省了系統(tǒng)資源，而且編程簡單, 不必過多考慮控制算法等優(yōu)點(diǎn)，也是完全能滿足工作要求的。PLC外部接線設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)