機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動課程設(shè)計參考資料2014

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目：工業(yè)機(jī)械手團(tuán)隊成員：姓名 1/姓名 2/姓名 3/姓名 學(xué) 院：指導(dǎo)老師：XXX職XXX、時間和位置來完成件傳送和裝卸促進(jìn)了化。本文在確了總體方案之后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計和校核。并進(jìn)步系統(tǒng)選型、系統(tǒng)設(shè)計等。最后利UG對進(jìn)行了建模、虛擬裝配和運(yùn)仿真并通過設(shè)備間進(jìn)行搬運(yùn)和裝卸提高生效率和力。關(guān)鍵詞：液壓11.111.211.321.42232.1與32.2基本形式42.3部結(jié)構(gòu)52.4腕結(jié)構(gòu)52.5臂結(jié)構(gòu)52.6驅(qū)動52.7控制63結(jié)構(gòu)設(shè)663.1.1指形和63.1.263.1.373.1.4103.2113.2.1113.2.2113.2.3123.2.4153.3163.3.1163.3.2與173.3.3升降與203.3.4與214液壓系統(tǒng)設(shè)234.1液壓系統(tǒng)控制234.1.1234.1.2控制244.1.3244.2244.3294.4315PLC335.1PLC33PLC33PLC335.2PLC345.2.1345.2.2345.2.3I/0355.2.4PLC375.3PLC385.3.1385.3.2395.3.3406于UG8.5高級仿真模塊性靜力結(jié)構(gòu)析 416.1UG8.5426.2上蓋43結(jié) 語46參考文獻(xiàn)47Abstract48附 錄4954PAGEPAGE1業(yè)設(shè)計的背景、發(fā)展起來新型。近年來隨著電子技術(shù)特別電子計算廣泛應(yīng)器人研制已成為高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來門新興技術(shù)更加促進(jìn)了發(fā)展得更好地實(shí)現(xiàn)結(jié)合。代替人類完成危險、重復(fù)枯燥作減輕人類勞強(qiáng)度提高勞力。越來越廣泛得到了應(yīng)行業(yè)可于零部組加搬運(yùn)、卸特別數(shù)控床、組合床上更普遍。目前FMSFMC個重組成部。床設(shè)成個柔性加系統(tǒng)柔性制造單元應(yīng)于、可結(jié)應(yīng)性強(qiáng)。更柔性系統(tǒng)于企業(yè)不斷更新銷對路品提高品質(zhì)更好地應(yīng)市場。目前業(yè)器人技術(shù)應(yīng)距應(yīng)業(yè)研發(fā)到的提高從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都十必。業(yè)設(shè)計的意義目前制造業(yè)迅速發(fā)展數(shù)上進(jìn)行搬運(yùn)卸人完成勞強(qiáng)度、危險性已了生發(fā)展。為了提高作成發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)應(yīng)現(xiàn)代行業(yè)求計臺卸搬運(yùn)代替人作，可根據(jù)需作序?qū)崿F(xiàn)加無人從減輕人勞強(qiáng)度約加輔助間提高效率力。計（、計、技術(shù)、可控制器）得實(shí)合地加運(yùn)得到發(fā)展。通計,計計,計的,為計好。地應(yīng)關(guān)、計算、、完成個技術(shù)人員整體計方面所必須基本技訓(xùn)練。業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容本文是在確定了機(jī)械手的總體方案之后，對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計和校核。并進(jìn)一步設(shè)計了機(jī)械手的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，對液壓元件進(jìn)行了計算和選擇。在此基礎(chǔ)上完成機(jī)械手的 控制系統(tǒng)，其中包括 的選型、機(jī)械手控制方案和 系統(tǒng)程序的設(shè)計等。最后利用 UG三維數(shù)字化技術(shù)對機(jī)械手進(jìn)行了建模、虛擬裝配和運(yùn)動仿真并通過有限元分析零部件的強(qiáng)度。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析工業(yè)機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高溫等惡中工代替人完成、動，高動，應(yīng)用于制造業(yè)中，制造、汽車制造、工、通用機(jī)械制造工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)控工中動搬運(yùn)系統(tǒng)可成制造系統(tǒng)和計算機(jī)成制造系統(tǒng)，動化。，功能和能的和高，機(jī)械手的應(yīng)用擴(kuò)大。工業(yè)機(jī)械手是在大的，于 40代的的搬運(yùn)核料的控機(jī)械手，它是一從型的控制系統(tǒng)。1958控制制一機(jī)械手，它的結(jié)構(gòu)是機(jī)體上裝一，部裝有的工件機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是型的。1962，控制在上方案的基礎(chǔ)上，制成一數(shù)控型機(jī)械手，其運(yùn)動系統(tǒng)仿造，可、、伸，用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)用裝。機(jī)械手是在基礎(chǔ)上的。和并成能制動，工業(yè)機(jī)械手。1962機(jī)械造成功一Versatran機(jī)械手，是搬運(yùn)，可和控制，機(jī)械手的中可、、伸，用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)型。2機(jī)械手機(jī)械手的基礎(chǔ)。從60代后，噴漆、焊工業(yè)機(jī)人在中應(yīng)用。1978Unimate和大、工制一Unimation—Vic.arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有型子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配業(yè)。邦德機(jī)制造業(yè)是從 1970應(yīng)用機(jī)械手，用于運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等業(yè)。邦德Kuka還一焊機(jī)械手，用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和程序控制。本是工業(yè)機(jī)人最快，應(yīng)用最多的國家，自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，主要用于機(jī)械化、自動化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。我國工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì) 70年代。1972年我國第一臺機(jī)械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個五年計劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機(jī)器人，沈工業(yè)大設(shè)計制造的機(jī)器人。機(jī)器人的制器，都由中國沈自動化研究所和北京大機(jī)器人研究所開發(fā)的，一系列的機(jī)器人開發(fā)，機(jī)器人用，，機(jī)，器，DC——PWM。逐步擴(kuò)范圍在相通示教式算組式可運(yùn)構(gòu)伸縮擺升降橫移俯仰構(gòu)通用構(gòu)便根據(jù)不求選不構(gòu)組途即便又便更換擴(kuò)范圍雖然內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)并不多，很多產(chǎn)品的生產(chǎn)術(shù)還主要依靠進(jìn)口，高的術(shù)主要還掌握在國際龍頭廠商手里。國內(nèi)機(jī)械手廠家主要還受到制系統(tǒng)的困擾,沒有比較成熟穩(wěn)定的系統(tǒng),不能生產(chǎn)高端本土企生產(chǎn)產(chǎn)品還通在端市場因決定很本土生產(chǎn)企在爭奪市場還采取價格戰(zhàn)著術(shù)步日臻成熟，會有更多的廠商加入此行業(yè)。與要求機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)說明機(jī)械手規(guī)格和性能具體指標(biāo)，一2-1示幾個方面。2-1規(guī)格項(xiàng)目 參數(shù)重 30Kg數(shù) 4式 徑 1600mm高 900mm

800mm250mm/S330mm<60mm/S°°°

°70°/S圍 式 度 ±3mm式 式 (PLC)基本形式的選擇41）23;4結(jié)構(gòu)剛較好所需功率較小難較小因此本設(shè)計是,其2-1示。2-1圖機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案,、滑槽、連、齒輪齒條、絲螺母、彈簧重設(shè)計機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案考慮到械通性同時由于被抓取水放置因此腕必須設(shè)運(yùn)動才可滿足作要求因此腕設(shè)計成實(shí)現(xiàn)腕運(yùn)動液壓缸。機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案按照抓取要求械臂三個自由度臂伸縮、左右升降(俯仰)運(yùn)動臂升降運(yùn)動通過立柱來實(shí)現(xiàn)立柱橫向動臂橫臂各種運(yùn)動由液壓缸來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手的驅(qū)動方案如果械動械動自由度于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動而于運(yùn)作械運(yùn)動要個自由度才成用械動如果械取壓動由于、得且由于可壓縮性作時動成運(yùn)動度度可靠效率較低動必須減速置將運(yùn)動變成線運(yùn)動置構(gòu)龐大，速度不易控制。氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜。用液壓系統(tǒng)來控制機(jī)械手，比一般的機(jī)械控制具有更好的穩(wěn)定性，控制的精確度更高，并且液壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉。綜上所述，本設(shè)計選擇液壓傳動方式。制方案考慮到機(jī)械手的通用性，同時使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。結(jié)構(gòu)設(shè)計部結(jié)構(gòu)設(shè)計手指的形狀和分類夾持式是最常見的一種，夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指（或手爪和傳力機(jī)構(gòu)成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較，式、式、式、式。常用的有指式、指式和指式手指夾持的部位可分式（內(nèi)夾式仿人手手指的動作，手指可分回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動型（或稱直進(jìn)型，以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動型應(yīng)用較少，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零時不影響軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的。手部設(shè)計的基本要求（1具有足夠的握力（即夾緊力。在確定手指的握力時，除考慮重量所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證不致產(chǎn)生松動或脫落。（2手指間應(yīng)具有一定的開閉角。手指張開與閉合的個極限位置所夾的角度稱手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的，應(yīng)最大直徑的考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。?！癡”面以便自動心。具有足夠強(qiáng)度剛度除受到反作力外還受到機(jī)械在運(yùn)動過程中所產(chǎn)生慣性力振動影響要求有足夠強(qiáng)度剛度以防折斷或彎曲變當(dāng)盡量結(jié)構(gòu)簡單緊湊、自重輕并部中心在腕回轉(zhuǎn)軸線上以腕扭轉(zhuǎn)力矩最小佳。考慮象。機(jī)械作需要通過比較我們機(jī)械部結(jié)構(gòu)是兩支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型由于多故V型其結(jié)構(gòu)3-1。圖3-1V型手指部緊油缸設(shè)計部握力計算。[1]方3-2可得部握力計算公式：3-2件方位?A5?: 1N—為夾持工件的握力(N；G—為工件重量(N)。30 30 3-3-）c得 ， ，3-3-3-）η機(jī)械效率0.85～0.959；情況系數(shù)主要考慮慣性影響近似按下估算通常取情況系數(shù)主要考慮慣性影響近似按下估算4）。運(yùn)載時向;g加速度，。3-響運(yùn)載時向3-響系統(tǒng)達(dá)到高速度時參數(shù)選取0.03～0.5s這里取0.1s響3-:PAGE3-）:D;η一般取0.06～10.5。因?9 =?C 已知?C 且

NN選推實(shí)際 實(shí)際 實(shí)際?Ca6[2]圓整后取D=65mm?Ca取?Q=0.5?7=0.5×65mm=32mm壁厚3-）D確定后由強(qiáng)度條件所需最小??再具體結(jié)構(gòu)來確定適當(dāng)數(shù)值依材料學(xué)薄壁筒??可3-）：?C值比最大P大%即?C =)?a；計 計Dm；8）o8）:o?—油缸材料的抗拉強(qiáng)度（）;?[?[=。一些常用的缸體材料的許用應(yīng)力[o]，可參考下列數(shù)值選?。哄戜揫o]=110~120MPa，鑄鐵[o]=60MPa，則取整??=9mm。手爪的夾持誤差及分析（由中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不±1mm，手部的誤差取決與手部置加工精度和控制系能力。手指夾持，3-3。3-3把工件C的CD以X表，根據(jù)幾何關(guān)系有：（3-9）為討論方便起上式改寫為：（3-9）（3-10）?65～?85mm±3mm下：V型夾角890°，?N，?Y5（3-10）[3]按照文獻(xiàn) ，偏轉(zhuǎn)角通常取計算理論平均半徑?E0=?Y5[8`?y=64×?`?V?[45°×`76.87°m=8因?yàn)?E0<?E?Z?V?[<??Z?N?e，所以，因?yàn)?=1.87?Z?Z<3?Z?Z，手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計手腕的自由度手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。手腕的自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞X軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可滿足工作要求。構(gòu)，回轉(zhuǎn)角度于360要求嚴(yán)格密封。手腕設(shè)計的基本要求（1）力求構(gòu)、重量要輕。、動載荷均由承受。顯然結(jié)構(gòu)、重量動力載荷直影響著結(jié)構(gòu)、重量運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此在設(shè)計時必須力求結(jié)構(gòu)緊湊重量輕。綜合考慮合理布局。如：應(yīng)解決好各個自由度位置檢測管線布置以及沒頭潤滑、維修、調(diào)整等問題。必須考慮工作條件。對高溫作業(yè)腐蝕性介質(zhì)中工作機(jī)械其在設(shè)計時應(yīng)充分估計環(huán)境對不良影響?；剞D(zhuǎn)油缸設(shè)計回轉(zhuǎn)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動回轉(zhuǎn)時驅(qū)動力矩必須克服起動時所產(chǎn)生慣性力矩轉(zhuǎn)動軸與支承孔摩擦阻力矩動片與缸徑、定片、蓋等密封裝置摩擦阻力矩以及由轉(zhuǎn)動件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生3-4所示為受力示意圖。1-3-手腕圖3-4手腕受力分析圖轉(zhuǎn)動時所需驅(qū)動力矩可按下式計算:?@驅(qū)=?@慣+?@偏+?@摩+?@封 （3-11）?@—動手腕轉(zhuǎn)動的動力矩N?；驅(qū)?@—慣性力矩N?m；慣?@—參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生偏的偏重力矩N?；?@—手腕轉(zhuǎn)動與支承孔處的摩擦力矩N?；摩?@—回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩，與選用的密封裝置封的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。下面以圖3-4所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算：?@。慣若手腕起動過程按等加速運(yùn)動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為m，起動過程所用的時間為??:（3-12）若手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為m，起動過程所轉(zhuǎn)過的角度為?ψ，則（3-12）（3-13）（3-13）?(N?m?S)；?1(N?m?S)；m—手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(rad/S)；??a(S)0.05—S；??—起動過程所轉(zhuǎn)過的角度。（3-14）若工件?=?P為（3-14）?=1—工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量(N?m?S2)；?:1—工件的重量(N)；?R1(m)。?@。偏偏?@ =?:?R1+?:?RN) （5偏?:3—手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N)；?R3(m)。?:?R1=。?@。（3-16）摩（3-16）式中：?Q1，?Q2—轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(m)；?S?S=0.01?S=0.1；?E?4，?E?5—軸頸處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解：根據(jù)：∑?@?4(?9)=0，得：?E?5??+?:3??3=?:2??2+?:1??1，即同理，根據(jù)：∑?@?5(?9)=0得：同理，根據(jù)：式中：?:2—手部的重量(N)；??，??1，??2，??3—如圖所示的長度尺寸(m)。圖3-5所示為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸，定片2與缸體1回連，動片5與轉(zhuǎn)軸3固連，當(dāng)進(jìn)出油口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。1-2-3-3-5壓缸?@驅(qū)驅(qū)7）或2?@驅(qū)?C≥ 8）?@—手腕時(N?cm)；驅(qū)?C—工作(Pa)；?E—內(nèi)孔半徑(cm)；?_—輸出半徑(cm)；?O—寬度(cm)。則上述?C應(yīng)代以工作?C1與背?C2之差。手腕尺寸及其校核尺寸設(shè)計。?O內(nèi)半徑為?E頸半徑為?_=運(yùn)行角速度m°ss啟過程過角度??=強(qiáng)?C=a2cm，直徑為2?E15cm，其重量為?Z?YZ的棒料來說，最大偏心距?R1=Z腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為?@，考慮腕轉(zhuǎn)動件重偏偏心，?R1=，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸?R?@ =?:?R1+?:?R3=0+0×8×N?m=N?m偏腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為?@，對于滾動軸承?S0.01，對于滑動軸承摩?S0.1，?Q1，?Q2為腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑35mm?Q275mm，?E?4，?E?5?E?41150N，?E?5540N，則回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩?@與選用的密襯裝置封的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析在此處估計?@為?@3倍：封 摩?@ =3×?@ =3×0.4N?m=1.2N?m封 摩?@ =?@ +?@ +?@ +?@ =+147+0.4+?m=?m驅(qū) 慣 偏 摩 封為?@ <?@=163.54N?m<169.92N?m，所以設(shè)計符合使用要求，安全。驅(qū)手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計臂的各動有驅(qū)動和各動來，因此，不承工件的重量，承、腕和臂的重量臂的、工、以及重大臂力和定等直的工，所以根據(jù)手、運(yùn)動形式、自由度數(shù)、運(yùn)動速度以及定位精度要求來設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)型式。同時，設(shè)計時必須考慮到手臂受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置布置、內(nèi)部管路與手腕連接形式等因素。手臂設(shè)計基本要求剛度要大。變形，手臂截面形狀選擇要合理。弓字形截導(dǎo)向性要好。臂桿。偏力矩要。所偏力矩臂部對支軸所產(chǎn)生矩。為運(yùn)臂部運(yùn)動部，以偏力矩和手臂對軸轉(zhuǎn)動。運(yùn)動要、定位精度要。由臂部運(yùn)動速度、大，性力定位也大，運(yùn)動即不，定位精度也不會。故應(yīng)臂部運(yùn)動部，結(jié)構(gòu)緊湊、，同時要采一定緩措施。手臂伸縮油缸尺寸與校核手臂伸縮直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動采用液壓驅(qū)動活塞缸。由活塞油缸體積、輕，因而在械手手臂構(gòu)中應(yīng)用比較多。如圖 3-6所示為雙向桿手臂伸縮結(jié)構(gòu)。手臂和手腕通過連接板安裝在升降油缸上端，當(dāng)雙作用油缸1兩腔別通入壓力油時，則推動活塞桿2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動。當(dāng)導(dǎo)向桿4在導(dǎo)向套 3內(nèi)移動，以防止手臂伸縮時動（并兼做手腕缸5及手部6夾緊油缸用輸油管道。由手臂伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿受彎曲做用，桿受作用，受力。動，型，結(jié)構(gòu)。用于大、行程較長場合。3-6伸縮結(jié)構(gòu)液壓驅(qū)動的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并且活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)時，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置。本機(jī)械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向桿的剛性。手臂做伸縮時的驅(qū)動力。力，以回油壓力的力，因，驅(qū)動力計式為：?9=?9 +?9 +?9 +?9(N) 9式中：慣 摩密背?9手臂在動程中的慣性力；慣?9力；摩?9裝置力，用不同形，其力不同；密?9液壓缸作壓力的力。背設(shè)計。設(shè)計油缸運(yùn)行為 800mm，油缸內(nèi)徑為?7=40mm，半徑?E=20mm，活塞內(nèi)徑為?Q=，運(yùn)行速度為?c=250mm/，加速度時?t=0.1，進(jìn)油壓力為 P=a。?9摩3-23-2）?:—參與運(yùn)零部件所受重含工件重N；總—手臂參與運(yùn)零部件重量重心到支承前端距離m；?N—支承長度m；μ,—當(dāng)量系數(shù)值與支承有關(guān)于μ—系數(shù)于靜且無潤滑鋼青銅取μ0.1~0.15；鋼鑄鐵取μ0.18~0.3。經(jīng)初略

=Nμ,=1.27×0.18=0.228?N=0.3，總?:??

+?:??

+?:??

294×0.9+294×0.67+127.4×0.12工工 腕腕 導(dǎo)??1= =m=0.6m

?: +?:工

+?:導(dǎo)

294+294+127.4??1—手臂參與運(yùn)零部件重量重心到回轉(zhuǎn)軸距離。則??=??1???2=(0.6? 0.33)m=0.27m??2—支承前端到回轉(zhuǎn)軸距離。0：密封圈當(dāng)液壓工作壓小于a活塞直徑液壓直徑一半活塞與活塞處都采用選用“O”密封圈此液壓密封處?9 =0.03?9?9?9背

密=0.05?9。背4?9 3-23-2）?:—參與運(yùn)零部件所受重包括工件重量N；總G—重加速度9.8m/?F2；??—由靜止加速到常速變化量m/；??—起過程時間SS對輕載低速運(yùn)部件取值對重載高速部件取大值。經(jīng)粗略估??c0.25m/??a0.11：?9=?9+?9+?9+?9=187.5+470.5+0.0?9+0.0??9=715.2N慣摩 密背尺寸校核油缸無桿腔內(nèi)油液作用在活塞上合成液?9即油缸的驅(qū)3-23-2）?—進(jìn)油N；代入數(shù)據(jù)得：5—液缸機(jī)械效率在工程機(jī)械用耐油橡膠取50.95；?7—液缸內(nèi)徑m代入數(shù)據(jù)得：油缸有桿腔內(nèi)油液作用在活塞上合成液?9即油缸3-23-2）代入數(shù)據(jù)得：?Q—活塞桿直徑（m。代入數(shù)據(jù)得：因?yàn)?9 =715.9N>F=715.2N，所以設(shè)計尺寸符合實(shí)際使用要求。驅(qū)手臂升降油缸的設(shè)計與校核手臂的升降運(yùn)動是由升降油缸來完成的。活塞套筒帶動手臂回轉(zhuǎn)油缸和手臂伸縮機(jī)構(gòu)作升降運(yùn)動。裝在活塞套筒內(nèi)的花鍵軸、花鍵套是用作導(dǎo)向和防止活塞套筒的轉(zhuǎn)動。尺寸設(shè)計。設(shè)計油缸運(yùn)行長度為330mm，油缸內(nèi)徑為?7=150mm，半徑?E=75mm，活塞內(nèi)徑為?Q = m，運(yùn)行速度為?c = s，加速度時間??a = S，進(jìn)油壓力為?C 0.5MPa。手臂作升降運(yùn)動的液壓缸驅(qū)動力?9=?9 +?9 +?9 +?9 ±?: （3-2慣 摩 密 背式中：?9—摩擦阻力；摩?:—零部件及工件所受總重力。經(jīng)粗略估?9 =0.0?9，?9 =0.0?，?9 =0.3?，將以上數(shù)據(jù)代入式將以上數(shù)據(jù)代入式3-2）得：1F?9 ?9 ?9 ?9 ±?:1380.32?90.03?90.05?92254F=1慣 摩 密 背3986N，F(xiàn)2=?3526?A尺寸校核。油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力?9，即油缸的驅(qū)動力為：驅(qū)油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力?9，即油缸的驅(qū)動力為：因?yàn)?9因?yàn)?9驅(qū)=4660.9N>?9=3526N，所以設(shè)計尺寸符合實(shí)際使用要求。210°。為了出合理就綜合考慮分析。承載著做升降是重組成部分。常用結(jié)有以下幾種：置于升降之下結(jié)。這種結(jié)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是傳路線長花鍵軸變形對精度影響較大。置于升降之上結(jié)。這種結(jié)采用單活塞桿內(nèi)部導(dǎo)向結(jié)緊湊。但部起升降部件較大。活塞和齒條齒輪。是通過齒條齒輪來：齒條往復(fù)帶連接齒輪作往復(fù)從而使左右擺。綜合考慮本選用置于升降之上結(jié)。本包括和升降。置于升降之上結(jié)。部件上連接連接帶。軸升降活塞桿是?；钊麠U采用內(nèi)花鍵花鍵軸合活塞升降花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸升降下用鍵來下連接。這就了花鍵軸就通過花鍵軸了活塞桿。這種結(jié)是導(dǎo)向桿內(nèi)部結(jié)1）設(shè)。內(nèi)?7=150m?E軸為?Q度m=°ss過中所過度??s進(jìn)力為?C2.5MPa。則力矩驅(qū)力矩?@ 應(yīng)該起時所產(chǎn)生慣性力矩?@ 及各密封置驅(qū) 慣摩擦阻力矩?@密

?@驅(qū)=?@慣+?@密 3-2）慣性力矩3-23-2）?包括工件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量N?m?S；?m?mmS；??()；前面計算得q0.6則3-23-2）3-2）?3-2）2尺寸校核?；剞D(zhuǎn)部件可以等效為一個長?Y=1500mm，半徑為?E=100mm的圓柱體，質(zhì)量為?Z= 180Kg，設(shè)置起動角度?? = 18° = 0.314rad，液壓缸運(yùn)行角速度m = 70°/s 1.22rad/s，起動時間設(shè)計為0.1S。則為了簡便計算，密封處的摩擦阻力?@ =0.0?@密 驅(qū)所?@ =8+3?@ 得?@ =5N?m驅(qū) 驅(qū) 驅(qū)因?yàn)?@ =355.5N?m<M=432N?m，所以符合實(shí)際使用要求。驅(qū)壓系統(tǒng)設(shè)計制回路、泵卸荷、換向、速節(jié)以及同步等。：在采用量泵最大般都在泵出口附近設(shè)置溢閥用它節(jié)并將余溢箱。卸荷：在時泵電又停止情況下減泵率損耗節(jié)省降低發(fā)熱泵在低荷下以采用卸荷采用電溢閥口卸荷減：降低在減路減閥以低:在止直構(gòu)因重而任意下降采用將以臂在移過程停止在任意位置并止用發(fā)采用將停止并采用單向順序閥做閥實(shí)現(xiàn)任意置泵出口在泵出口向閥用：油泵時泵向供應(yīng)高以驅(qū)而做當(dāng)?shù)╇娡Ｖ罐D(zhuǎn)泵再向供原高量將迫泵反方向轉(zhuǎn)速泵損在泵出口設(shè)向閥泵用止在停時單向閥泵止泵箱以啟時性。速速主改進(jìn)量Q其方法兩類：類采用量泵即利用節(jié)節(jié)閥截面改進(jìn)馬達(dá)量；另類采用量泵改泵供量采用量泵節(jié)速、范圍大、價格便宜。其缺有壓力和量損耗，在低負(fù)荷傳動時效率低，發(fā)熱大。能夠隨負(fù)荷變化而自動整和穩(wěn)定所通過量，使油缸運(yùn)動度不受負(fù)荷變化影響，對度平穩(wěn)性要求高場合，宜用實(shí)現(xiàn)。方向控制回路在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)運(yùn)動方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、三位四通電磁和電液動滑，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱芯換向，使油缸及油馬達(dá)油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和正反向移動。目前在液壓系統(tǒng)中使用電磁，按其電源不，為電磁和直電磁。電磁使用電源為220V有380V或V,直電磁使用電壓24VV。動系統(tǒng)的計算前各液壓，及要求對液壓系統(tǒng)，確定每個在循環(huán)各階段中度、載荷變化規(guī)律 ，繪制出液壓系統(tǒng)有關(guān)圖即液壓缸P-t圖、Q-t圖。已知為尚未夾緊時夾緊已知為尚未夾緊時?c10.06m/s。：

間，2

4-1圖腕部回轉(zhuǎn)況圖4-4-3，445，無桿腔進(jìn)油情下4-4下）工下：4-5臂有下）工，54-，4-6傳動方案的確定O緊二二通其他全O型三四通如4-7示。4-7。整個液壓系統(tǒng)只用單泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的，用以保證液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。各缸選擇回油路節(jié)流，因?yàn)橄到y(tǒng)為中低系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥。系統(tǒng)安全可靠性。路，4-84-8減緩沖回路通用工業(yè)機(jī)械手要求可變行程，它是由微機(jī)控制，可在行程中任意定位，故應(yīng)在液壓系統(tǒng)中采用緩沖裝置，形成緩沖回路。4-9。它由二位二通電磁換向閥和節(jié)流閥并聯(lián)組成。當(dāng)液壓缸運(yùn)動快到希望點(diǎn)時，由位置檢測裝置（電位器）發(fā)訊號給微機(jī)，然后微機(jī)控制電磁鐵通斷電切斷二位二通閥的通路，液壓缸的回路改經(jīng)節(jié)流閥回油箱，增大了回油路的阻力，使液壓缸速度減慢，防止沖擊達(dá)到緩沖目的，這種回路也適用于擺動缸。9沖回路合成并完善液壓系統(tǒng)整個液壓系統(tǒng)的原理4-10。

4-4-10液壓系統(tǒng)原理圖1)泵2)泵3)[4]，，，。0.0.[4]，[4]，，據(jù) 4-14-1一覽表號 稱 號 格量

U0×

6.18MPa100L/min 1動

M2CB100

N=22KwN=2940r/min 110MPa100L/min 15MPa1磁換向閥5

6.3MPa16I—1006.3MPa17壓力表Y—1000~4MPa18、10、12、913、1511

節(jié)流閥電磁換電磁換

L—H10L

32MPa?10mm 46.3MPa?10mm 36.3MPa?10mm 116 閥 I—25B 117、19、1821

電磁換

34E—25B34E—63B

6.3MPa?10mm 36.3MPa?10mm 16.3MPa?10mm 1順序HC—T—03 1壓力表開關(guān) K—1B 1PLCPLC作過程PLC的選擇目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的FXPC，德SIMATICN5PCOMRON(立石)C型、PPC等?？紤]到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)較多，工作流程較簡，因此在本次設(shè)計中選擇了三菱公司FX系列的?9?K2?A可編程序控制器。PLC的工作過程編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式，具體的工作過程可分為四個階段。（1）初始化處理階段?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機(jī)相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為狀態(tài)表。該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器；存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時，CPU首先使?fàn)顟B(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。（2）處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點(diǎn)的狀態(tài)在狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。（3）程序處理階段。CPU各處理，后將結(jié)果入（4）輸出處理階段。CPU對用戶程序掃描處理將運(yùn)算結(jié)果入到狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號輸出狀態(tài)暫存器中出，送到輸出輸出，控制進(jìn)行各作。然后，CPU執(zhí)行下一個的掃描周期。PLC制方案控制的工作理控制（1）工作理?？刂茖闄C(jī)，的三個自，的、縮；豎直的上、下；繞豎直軸的順時針旋轉(zhuǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置機(jī)，還可成抓、放功能。以上各作均采用式，用磁閥(每個閥兩個，對兩個相反作)分別控制五個缸，使機(jī)成、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)機(jī)抓放作。這樣，可用 PLC的 9個輸出端與磁閥的 9個相連，通過編磁閥按定列激勵按預(yù)安排列如欲改需改只需代碼順稍加修改（2）控制?！啊扁o到定的位狀態(tài)。工方式時用各鈕來執(zhí)行相的各動起鈕將工反復(fù)工。的工流程圖如圖5-1：當(dāng)啟鈕之后首先立柱右轉(zhuǎn)電磁閥通電右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)立柱上升電磁閥通電立柱上升至上限位開關(guān)腕逆時針轉(zhuǎn)電磁閥通電腕逆時針轉(zhuǎn)至逆時針轉(zhuǎn)限位開關(guān)立柱降電磁閥通電立柱降至限位開關(guān)臂伸長電磁閥通電臂開始伸長至限位開關(guān)爪抓緊電磁閥通電爪抓緊至限位開關(guān)立柱上升電磁閥通電立柱上升至上限位開關(guān)臂收縮電磁閥通電臂收縮至限位開關(guān)立柱左轉(zhuǎn)電磁閥通電左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)臂伸長電磁閥通電臂開始伸長至限位開關(guān)（11降電磁閥通電立柱降至限位開關(guān)爪松開電磁閥通電爪松開至限位開關(guān)臂收縮電磁閥通電臂收縮至限位開關(guān)腕順時針轉(zhuǎn)電磁閥通電腕順時針轉(zhuǎn)至順時針轉(zhuǎn)限位開關(guān)完成一次循環(huán)然后重復(fù)以上循環(huán)停止鈕或停電時停止在現(xiàn)行的工上重新啟時上一工繼工I

5-1作流程圖。與聯(lián)通I/O接口模塊來實(shí)。通I/O接口模塊可以檢測被各參數(shù)并以這些數(shù)據(jù)為信息被進(jìn)行。同時通I/O接口模塊將器處理結(jié)果送給被從而驅(qū)動各執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)。從收集信息及給外部信號CO的抗干擾能力。?9?K?A?23105-1。5-1入和出點(diǎn)分配表名稱代號/啟動按鈕SB1X0立柱下限限位開關(guān)SQ1X1立柱上限限位開關(guān)SQ2X2手臂伸限位開關(guān)SQ3X3手臂縮回限位開關(guān)SQ4X4手臂回轉(zhuǎn)右限位開關(guān)SQ5X5手臂回轉(zhuǎn)左限位開關(guān)SQ6X6手腕回轉(zhuǎn)逆時針限位開關(guān)SQ7X7手腕回轉(zhuǎn)順時針限位開關(guān)SQ10X10停止按鈕SB2X11手動操作按鈕SB3X12連續(xù)操作按鈕SB4X13手爪夾緊按鈕SB5X14手爪放松按鈕SB6X15回原按鈕SB7X16立柱上升按鈕SB10X17立柱下降按鈕SB11X20手臂伸按鈕SB12X21手臂縮回按鈕SB13X22手臂右轉(zhuǎn)按鈕SB14X23手臂左轉(zhuǎn)按鈕SB15X24手腕逆時針轉(zhuǎn)按鈕SB16X25手腕順時針轉(zhuǎn)按鈕SB17X26立柱下降YV1Y0立柱上升YV2Y1手臂伸出YV3Y2手臂縮回YV4Y3手臂右回轉(zhuǎn)YV5Y4手臂左回轉(zhuǎn)YV6Y5YV7Y6YV10Y7YV11Y10YV12Y11PLCPLC5-2。5-2PLC件接線圖PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計機(jī)械操作系統(tǒng)程序包括回程序，動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，5-3。5-3作系統(tǒng)程序X1611X12CJCJP0X13CJP1X13X12、X13常過直5-4S10～S14零元件S10～S19零操在最狀態(tài)中在我復(fù)M80431。5-4功能圖5-5。中立柱上升/立柱下降，臂伸出/臂縮回，手臂右轉(zhuǎn)/臂左轉(zhuǎn)，腕逆時針轉(zhuǎn)/腕順時針轉(zhuǎn)都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。5-5作梯形圖5-6。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時，按啟按鈕X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移開始，則開始循環(huán)。5-6UG8.5高級仿真模塊的線性靜力結(jié)構(gòu)分析UG8.5UG8.5、靈活和可擴(kuò)展。（6-1）（FEM）內(nèi)容主要用來分析結(jié)構(gòu)在給定靜力載荷作用下響應(yīng)。經(jīng)典力學(xué)理論可知物體動力學(xué)通用方程：（6-1）式中：??6?>{?}{?}6-1?>]{?}={?} 2?>{?9}要。UG8.5與線性靜力學(xué)分析UG8.5求學(xué)具多種求解器擇NX.NAASTRAN求解器內(nèi)容包括幾何模型單元、接觸及裝配類型、環(huán)境包括及、求解類型、。NX.NAASTRAN種如、接觸、。學(xué)基礎(chǔ)是o1<o2<o指定且?guī)б虼艘該馰ectorPrincipa首要安全用適宜強(qiáng)來獲要適用塑Ductil最大效MaxEquivalentStres、最大剪切MaxShearStres。要適用脆Brittl庫侖Mohr-Coulombstres、最大拉MaxTensileStres。了更好地解學(xué)含義將常用強(qiáng)概念進(jìn)行簡要6-）效EquivalenVon-Mise稱Von-Mises或者效6-）但準(zhǔn)則一般用塑《學(xué)》課。1最大剪切1最大剪切v??e定義為此最大剪o?`?S5o?`?S5）

?Z?N?ea10UG8.5、主、受方向位移6-16-2、圖6-3。切應(yīng)力

圖6-1最大剪圖6-2最大主應(yīng)力6-3上的位移6-46-46-5圖6-5分析結(jié)果匯總6-16-2。6-46-5得強(qiáng)度符結(jié) 語UG、虛擬裝配、運(yùn)動仿真和有限元分析，的結(jié)構(gòu)了設(shè)計和校核，將的詳細(xì)工作原理與實(shí)際型結(jié)合起來，從而更加直觀地闡述其工作過和工作狀態(tài)。在此礎(chǔ)上完成了的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，液壓元件了計算和選擇。完成了制系統(tǒng)設(shè)計，使其可以根據(jù)生產(chǎn)的需要改變的動作序，實(shí)現(xiàn)加工過的自動化和無人化。最后得出以下結(jié)論。次設(shè)計的采液壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便自動制。工作環(huán)境適應(yīng)性好，環(huán)境變化傳動制性能，和，環(huán)境，成。采PLC制，有可性、改變序靈，無論制制合制，都可過設(shè)定 PLC序來實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)的動作順序修改序，使的性更強(qiáng)。[M].1980.[M].,2003.].:..([M].7..UGNX7.0[M].,2010.2[M].—2.:2008.人:TheDesignofManipulatorofProgrammableandUniversalWuYuekai(ElectromechanicalEngineeringDepartmentZhongkaiUniversityofAgriculturedguAbstract: Modernindustrialmanipulatorisanewtechnologyinautomaticcontrolfield,itisduetoitspositiveroleinthedevelopmentofincreasinglyknownforpeople,itcanbeinaccordancewiththerequirementsoftheproductionprocess,followcertainprocedures,timeandlocationtocompletethedeliveryandloadingandunloadingofworkpiece,contributedtotheautomationofindustrialproduction.Thispaperistodeterminetheoverallschemeofthemanipulator,andcheckonthestructureofthemanipulatordesign.Andfurtherdesignofthemanipulatorhydraulicdrivesystem,hydrauliccomponentsforthecalculationandselection.OnthebasisofcompletemanipulatorPLCcontrolsystem,including