曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)(常用版)

曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）

曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）第一章緒論1.1引言國(guó)內(nèi)外許多科研工作者正致力子氣動(dòng)機(jī)器人和機(jī)械手的研究，并已經(jīng)取得了一系列重要的進(jìn)展。90年代初，由Y．Band教授領(lǐng)導(dǎo)的小組采用了FESTO公司生產(chǎn)的氣動(dòng)元件、可編程控制器和傳感器研制了電子氣動(dòng)機(jī)器人“阿基里斯”六腳勘探員，能在人不易進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域中進(jìn)行地形偵察。漢諾威大學(xué)材料科學(xué)趼究院設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)攀墻機(jī)器入，利用氣動(dòng)技術(shù)中的真空吸盤，使機(jī)器人產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)步進(jìn)動(dòng)作，從而完成在兩個(gè)相互垂直的表面上行走。國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域中也做出了不少成果。浙江大學(xué)流體傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)室研制的三自由度垂宜關(guān)節(jié)型氣動(dòng)機(jī)器人，其定位精度之高也引起了廣泛的關(guān)注。從目前氣動(dòng)機(jī)器人和機(jī)械手的發(fā)展來(lái)看，在技術(shù)上已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展并邁入了一個(gè)新階段，并在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用趨向飽和，而許多更高要求的工業(yè)生產(chǎn)和特種應(yīng)用則迫切需要各種智能機(jī)器人的參與，因麗智能機(jī)器人獲得了較為迅速的發(fā)展。依托氣動(dòng)技術(shù)近年來(lái)快速發(fā)展所取得的成果，智能控制理論的研究突破以及在傳統(tǒng)機(jī)器人和機(jī)械手上的應(yīng)用，氣動(dòng)機(jī)器人和機(jī)械手在許多領(lǐng)域中應(yīng)該能有所突破，應(yīng)該能開(kāi)發(fā)出結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、速度更快、抗環(huán)境污染及抗干擾性更強(qiáng)、價(jià)格比伺服電機(jī)和步進(jìn)馬達(dá)更便宜的氣動(dòng)機(jī)器人和機(jī)械手。1.2機(jī)械手的發(fā)展機(jī)械手是一種機(jī)電一體化裝置，是機(jī)器人研究最典型最常用的對(duì)象，能夠自動(dòng)完成焊接、磨削、噴涂、裝配、搬運(yùn)和醫(yī)護(hù)等作業(yè)操作，因此在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，特別是在惡劣危險(xiǎn)以及要求精確性較高的環(huán)境中的到了廣泛的應(yīng)用。早期的機(jī)器人研究幾乎都是圍繞機(jī)械手展開(kāi)的，多自由度的機(jī)械手作為非線性、多變量、強(qiáng)耦合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，迄今仍存在很高的研究?jī)r(jià)值。廣義上的機(jī)器人研究涵蓋了機(jī)械、材料、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、人工智能和仿生學(xué)等諸多學(xué)科，包括機(jī)械手、移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人等多種形式。機(jī)械手作為機(jī)器人的一個(gè)分支，具有典型的模型對(duì)象、傳感裝置和控制方法，因而可以定義為狹義的機(jī)器人。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人／機(jī)械手，起源于20世紀(jì)50年代初期，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)晶種類變更、具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備。其中，通用機(jī)械手因具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣等特點(diǎn)，在中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著氣動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展，氣動(dòng)元件及氣動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于機(jī)械手中，構(gòu)成氣動(dòng)機(jī)械手。氣動(dòng)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)就是低成本、模塊化和集成化。氣動(dòng)機(jī)械手同樣包含感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分4個(gè)方面。采集感知信號(hào)及控制信號(hào)均毒智麓闋島來(lái)處理；氣動(dòng)詞服定位系統(tǒng)替代了伺服電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng)；汽缸、擺動(dòng)馬達(dá)完成原來(lái)由液壓缸或機(jī)械傳動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作；主要部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型轉(zhuǎn)以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。早期的機(jī)器人研究幾乎都是圍繞機(jī)械手展開(kāi)的，多自由度的機(jī)械手作為非線性、多變量、強(qiáng)耦合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，迄今仍存在很高的研究?jī)r(jià)值。廣義上的機(jī)器人研究涵蓋了機(jī)械、材料、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、人工智能和仿生學(xué)等諸多學(xué)科，包括機(jī)械手、移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人等多種形式。機(jī)械手作為機(jī)器人的一個(gè)分支，具有典型的模型對(duì)象、傳感裝置和控制方法，因而可以定義為狹義的機(jī)器人。1.3基于PLC的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的基本設(shè)計(jì)思路機(jī)械手的功能此機(jī)械手由PLC控制，氣動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)。PLC能夠多次編程使機(jī)械手的適應(yīng)能力更強(qiáng)，也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，壓力等級(jí)低，使用安全。氣動(dòng)技術(shù)以空氣為工作介質(zhì)，空氣隨處可取，排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低；在PLC控制下機(jī)械手能完成轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置。實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)物品的功能。機(jī)械手的設(shè)計(jì)步驟基于PLC控制的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手主要設(shè)計(jì)步驟：（1）通過(guò)查閱相關(guān)資料，決定采用氣壓傳動(dòng)，PLC控制，確立主要參數(shù)并初步設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)。（2）根據(jù)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定其結(jié)構(gòu)并選定各零件的尺寸、材料等。（3）采用CAXA繪制出裝配圖和零件圖并且進(jìn)行必要的標(biāo)注和說(shuō)明。（4）對(duì)所有零部件進(jìn)行UG的三維實(shí)體建模，裝配。（5）設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。（6）根據(jù)要求和設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。機(jī)械手的基本設(shè)計(jì)思路本課題研究的機(jī)械手是一個(gè)三自由度機(jī)械手，其功能是把工件（曲軸）搬運(yùn)到流水線上。通過(guò)氣壓傳動(dòng)的四個(gè)氣缸（升降氣缸、水平伸縮氣缸、轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸和夾持氣缸）在PLC的控制下實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的功能。機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖第二章機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案總述2.1引言氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種．具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。本文介紹一種用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上搬運(yùn)物料的氣動(dòng)機(jī)械手，該機(jī)械手覆蓋了PLC控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、是機(jī)電一體化的典型設(shè)備，有著比較廣泛的應(yīng)用前景。2.2主要結(jié)構(gòu)2.2.1升降機(jī)構(gòu)圖2.1升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1-上缸蓋、2-防塵環(huán)、3-活塞、4-氣缸壁、5-導(dǎo)向缸、6-活塞桿、7-下缸蓋、8-氣孔、9-氣孔該升降機(jī)構(gòu)的活塞桿固定，通過(guò)活塞桿中的氣孔實(shí)現(xiàn)氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣缸的升降，當(dāng)氣孔8進(jìn)氣時(shí)，氣缸下降；當(dāng)氣孔9進(jìn)氣時(shí)，氣缸上升。外部的導(dǎo)向缸由鑄鐵鑄造，其內(nèi)表面精銑，導(dǎo)向缸減少活塞桿的徑向力。特點(diǎn)：升降氣缸沒(méi)有把氣孔開(kāi)在汽缸前后蓋上，而是把氣孔開(kāi)在活塞桿上，水平伸縮機(jī)構(gòu)圖2.2水平伸縮氣缸結(jié)構(gòu)圖1-氣缸前蓋、2-氣缸壁、3-活塞桿、4-活塞、5-氣缸后蓋、6-固定架、7-導(dǎo)桿、8導(dǎo)桿架氣缸前蓋1、氣缸蓋2、活塞桿3、活塞4.、氣缸后蓋5組成了伸縮氣缸，在導(dǎo)桿7的作用下使整個(gè)機(jī)構(gòu)只剩下水平方向一個(gè)自由度。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2.3轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1-轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸缸蓋、2-轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸缸壁、3-轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿、4（6）-下機(jī)座、5-轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪、7-活塞桿保護(hù)套、8-活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿3與轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪5組成齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。夾持機(jī)構(gòu)圖2.4夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1-氣缸后蓋、2-活塞桿、3-氣缸壁、4-氣缸前蓋、5-夾持爪固定架、6-夾持爪活塞桿上下端的桿與夾持爪扇形部分的蝸輪嚙合。2.3機(jī)械手總體方案的確定此機(jī)械手由四大主題部分構(gòu)成：升降機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)包括：1底板、2活塞桿固定板、3活塞桿保護(hù)套以及升降氣缸等；伸縮機(jī)構(gòu)包括：氣缸放置平臺(tái)、一些與升降連接的板、9伸縮氣缸和10導(dǎo)桿等；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿、轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪等；夾持機(jī)構(gòu)包括：11連接板、12連接桿、13夾持氣缸、15夾持爪等?；赑LC的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理及優(yōu)點(diǎn)：由PLC控制機(jī)械手的動(dòng)作順序，氣壓系統(tǒng)來(lái)傳動(dòng)完成動(dòng)作。通過(guò)1底板、2活塞桿固定板、3活塞桿保護(hù)套把7主活塞桿固定，主活塞桿上有兩個(gè)直徑10mm的氣孔分別通與活塞的兩側(cè)，不同氣孔進(jìn)氣控制著活塞的升降，導(dǎo)向缸與下機(jī)座連接，其作用是導(dǎo)向，減少住活塞桿的徑向力，使機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定。水平伸縮氣缸控制機(jī)械手伸出的范圍，搭配兩根導(dǎo)桿把伸縮氣缸活塞桿的自由度減為1。使得機(jī)械手能較準(zhǔn)確的定位。5轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸活塞桿一側(cè)有齒條，與6轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪形成齒輪齒條的傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。夾持氣缸的活塞桿14與爪15之間采用蝸輪蝸桿嚙合，利用蝸輪蝸桿的自鎖使搬運(yùn)工件時(shí)夾持氣缸不用提供力，大大減小了夾持氣缸的尺寸，同時(shí)減少了能耗。圖2.5機(jī)械手設(shè)計(jì)方案圖1-底盤、2-活塞桿固定蓋、3-活塞桿保護(hù)套、4-轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿、5-下機(jī)座、6-轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪、7-活塞桿、8-導(dǎo)向缸、9-水平伸縮氣缸、10-導(dǎo)桿、11-連接板、12-連接桿、13-夾持氣缸、14-夾持氣缸活塞桿、15-夾持爪第三章主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.11氣缸的設(shè)計(jì)步驟根據(jù)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求和結(jié)構(gòu)要求選擇氣缸的類型及安裝方式。根據(jù)工作機(jī)構(gòu)載荷及速度要求，計(jì)算氣缸直徑。計(jì)算一般應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)缸徑（參考表3.1）。由氣缸直徑及工作壓力，計(jì)算、選擇缸筒壁厚，計(jì)算活塞桿直徑（桿徑）也需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，參考表3.2）。根據(jù)工作要求及缸的類型，確定氣缸各部分結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)要求等。3.12氣缸的基本參數(shù)氣缸的基本參數(shù)為氣缸內(nèi)徑、活塞桿直徑等?？煞謩e參考表3.1和表3.2所推薦的數(shù)值。表3.1缸筒內(nèi)徑系列(mm)810121620253240506380（90）100110125（140）160（180）200（220）250320400500630表3.2活塞桿直徑系列（mm）4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604003.2升降氣缸有關(guān)計(jì)算及其建模3.2.1活塞桿上輸出力和缸徑的計(jì)算圖3.1單活塞桿雙作用氣缸單活塞桿雙作用氣缸是使用最為廣泛的一種普通氣缸，因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等?；钊笮袝r(shí)活塞桿產(chǎn)生推力F1，活塞右行時(shí)活塞桿產(chǎn)生拉力F2。（3.1）(3.2)式中：F1是活塞桿的推力（N）；F2是活塞桿的拉力（N）；D是活塞直徑（m）；d是活塞桿直徑；p是氣缸工作壓力（Pa）；Fz是氣缸工作的總阻力（N）。氣缸工作時(shí)的總阻力F與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動(dòng)部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率的形式計(jì)入公式，如要求氣缸的靜推力F1和靜拉力F2，則在計(jì)入載荷率后（3.3）（3.4）計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取=0.3-0.5，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取=0.7-0.85。由式（3.3），取=0.85，p=0.2MPa，F(xiàn)1=1000*9.8N=9800N?？汕蟮臍飧字睆紻=271mm。查表3.1選取氣缸直徑D=320mm。3.2.2活塞桿的計(jì)算(1)按強(qiáng)度條件計(jì)算當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)（L<<10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑=(3.8)式中F1為氣缸的推力；為材料的抗拉系數(shù)（Pa），45鋼=600MPa；Ｓ是安全系數(shù)，，取S=1.4；是活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa）；；查表3.2，選取活塞桿直徑d=50mm。（２）按縱向彎曲極限力計(jì)算氣缸承受軸向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞直徑及行程有關(guān)。當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比為時(shí)，（3.9）當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比為L(zhǎng)/K<85時(shí)，（3.10）式中：L為活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度（mm）,K為活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，空心桿==12.75mm；I為活塞桿斷面慣性矩，空心桿；d為活塞空心桿內(nèi)孔直徑（mm）；A1為活塞桿截面積，空心桿；n為系數(shù)，取n=1；E為材料彈性模量，對(duì)鋼取E=2.1x10Pa；f為材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=49x10Pa；a為系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/5000。因?yàn)長(zhǎng)=1320mm，K=12.75mm，n=1；85=85*1=85mm；L/K=1320/12.75=103.5>42.5；由式（3.9）得=1*N>9800N所以合格，活塞桿直徑d=50mm3.2.3氣缸壁厚值的選擇氣缸壁的材料為HT15，由表3.1選取氣缸壁厚為16mm。表3.1氣缸筒壁厚(mm)材料氣缸直徑5080100125160200250320壁厚鑄鐵HT15078101012141616鋼Q235A、45、20號(hào)無(wú)縫管5677881010鋁合金8-1212-1414-173.2.4升降氣缸的建模3.3轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算及其建模3.3.1轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算圖3.2轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)氣缸的結(jié)構(gòu)特殊，活塞桿的強(qiáng)度很明顯合格，氣缸壁材料為45鋼，其壁厚查表3.1可知為10mm，氣缸的內(nèi)徑為200mm，因?yàn)闅鈮合到y(tǒng)的壓力為0.2MPa則氣缸可產(chǎn)生的力為F==0.2*10*3.14*（0.2）=2.512*10N。此轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸的原理：通過(guò)活塞桿一側(cè)的齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3.2轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸的建模3.4直齒輪和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算及其建模3.4.1直齒輪和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算表漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪與齒條傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算公式名稱代號(hào)計(jì)算公式直齒輪齒條模數(shù)m(根據(jù)齒輪受力情況和結(jié)構(gòu)需要確定，選取標(biāo)準(zhǔn)值m=5)選取標(biāo)準(zhǔn)值=5*30=150mmEQ=1*5=5mm=(1+0.25)*5=6.25mm=(2*1+0.25)*5=11.25mm=(30+2*1)*5=160mm=(30-2*1-2*0.25)*5=137.5mm150=150*cos=141mm=3.14*5=15.7mm=15.7*cos=14.75mm=3.14*5/2=7.85mm=3.14*5/2=7.85mmc=c*m=0.25*5=1.25mmEQ壓力角分度圓直徑d齒頂高齒根高齒全高h(yuǎn)齒頂圓直徑齒根圓直徑基圓直徑齒距p基圓齒距齒厚s齒槽寬e頂隙c節(jié)圓直徑直齒輪的建模3.5取料手的自鎖3.5.1自鎖現(xiàn)象物塊平衡時(shí)，靜摩擦力不一定達(dá)到最大值，可在零與最大值之間變化，所以全約束力與法線間的夾角φ也在零與摩擦角之間變化.由于靜摩擦力不可能超過(guò)最大值，因此全約束力的作用線也不可能超出摩擦角以外，即全約束反力必在摩擦角之內(nèi)。由此可知：（1）如果作用于物塊的全部主動(dòng)力的合力的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無(wú)論這個(gè)力怎樣大，物塊必保持靜止。稱這種現(xiàn)象為：自鎖現(xiàn)象。因?yàn)樵谶@種情況下，主動(dòng)力的合力與法線間的夾角，因此，主動(dòng)力的合力的作用線必在摩擦角之內(nèi)，而全約束力的作用線也在此摩擦角之內(nèi)，主動(dòng)力的合力和全約束力必能滿足二力平衡條件，如圖所示，所以物塊必靜止。工程實(shí)際中常應(yīng)用自鎖原理設(shè)計(jì)一些機(jī)構(gòu)或夾具，如壓榨機(jī)、圓錐銷等，使它們始終保持在平衡狀態(tài)下工作。（2）如果全部主動(dòng)力的合力的作用線在摩擦角之外，則無(wú)論這個(gè)力怎樣小，物塊一定會(huì)滑動(dòng)。因?yàn)樵谶@種情況下，全部主動(dòng)力的合力的作用線已在摩擦角之外，全約束力的作用線不可能出現(xiàn)在摩擦角之外，不能滿足二力平衡條件，如圖所示，所以物塊不會(huì)靜止。應(yīng)用這個(gè)道理，可以設(shè)法避免發(fā)生自鎖現(xiàn)象。如果作用于物體的主動(dòng)力的合力Q的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無(wú)論這個(gè)力怎樣大，總有一個(gè)全反力R與之平衡，物體保持靜止；反之，如果主動(dòng)力的合力Q的作用線在磨擦角之外，則無(wú)論這個(gè)力多么小，物體也不可能保持平衡。這種與力大小無(wú)關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。自鎖夾持氣缸的活塞桿與取料手的傳動(dòng)形式為蝸輪蝸桿傳動(dòng)，利用渦輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：可自鎖。采用了自鎖后，大大的減小了夾持氣缸的尺寸。第4章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1PLC技術(shù)簡(jiǎn)介隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammableLogicController）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破骱?jiǎn)稱PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。PLC廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動(dòng)化中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）早1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對(duì)PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”從上述定義可以看出，PLC是一種用程序來(lái)改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了能完成各種控制器功能外，還有與其他計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。PLC特點(diǎn)鮮明，具體特點(diǎn)如下：1.編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)梯形圖是使用的最廣的PLC編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和繼電器的電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的人只有花上幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。2.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品質(zhì)齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和中小型交流接觸器。通過(guò)修改用戶程序，可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可以減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一，大大減少了因觸點(diǎn)接觸不良而造成的故障。PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試PLC的用戶程序，輸入信號(hào)可用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò)PLC上的發(fā)光二極管觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)問(wèn)題可以通過(guò)修改程序來(lái)解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息，方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。7.體積小，能耗低控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此開(kāi)關(guān)柜的體積比原來(lái)的小得多。PLC的控制系統(tǒng)的配線比繼電器控制系統(tǒng)少的多。4.2機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手硬件系統(tǒng)由四個(gè)氣缸、限位磁性接近開(kāi)關(guān)、4個(gè)三位五通電磁氣閥、控制面板、接線端子、PLC、按鈕開(kāi)關(guān)及指示燈等相關(guān)電氣元件組成。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)或磁性接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)傳遞到PLC輸入端子，經(jīng)過(guò)PLC程序處理，PLC發(fā)出動(dòng)作控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)主控閥電磁線圈的通斷，控制壓縮空氣的運(yùn)動(dòng)方向，使氣缸產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。要實(shí)現(xiàn)前述控制任務(wù)要求，其控制部分包括氣動(dòng)回路與PLC控制部分。氣動(dòng)機(jī)械手的氣壓控制回路如圖4.1所示。氣源產(chǎn)生壓縮空氣，經(jīng)三聯(lián)件處理后，經(jīng)三位五通閥和單向節(jié)流閥分別進(jìn)入水平伸縮氣缸、轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸、夾持氣缸、升降氣缸。三位五通閥兩側(cè)電磁線圈的通斷決定了氣缸的動(dòng)作，比如控制水平伸縮氣缸的三位五通閥Y4通電時(shí)，水平伸縮氣缸活塞桿左移；Y3通電時(shí)水平伸縮氣缸活塞桿右移。單向節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，產(chǎn)生一定的背壓緩沖。圖4.1機(jī)械手氣動(dòng)回路原理圖4.3機(jī)械手電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用PLC作為電氣控制，可以減化控制線路，降低故障率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手多種動(dòng)作線路。一般機(jī)械手有手動(dòng)、自動(dòng)控制之分，手動(dòng)控制主要用來(lái)硬件調(diào)試。自動(dòng)控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動(dòng)按鈕，檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否處于原位，如果不是，按下復(fù)位按鈕回到原位，如果是，則檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手執(zhí)行一步動(dòng)作；單周期執(zhí)行一次動(dòng)作循環(huán)，最后回到初始位置；周循環(huán)則是機(jī)械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動(dòng)作，直到按下復(fù)位或停止按鈕為止。根據(jù)機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)，PLC輸入信號(hào)有：工作狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)輸入、啟動(dòng)停止按鈕輸入、磁性接近開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入、手動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入及程序選擇開(kāi)關(guān)輸入共24個(gè)輸入點(diǎn)；機(jī)械手的輸出信號(hào)有：驅(qū)動(dòng)4個(gè)氣缸的電磁閥線圈8個(gè)，，原點(diǎn)指示燈1個(gè)，共9個(gè)輸出點(diǎn)。選擇輸入點(diǎn)大于24點(diǎn)，輸出點(diǎn)大于9點(diǎn)的PLC．可選擇三菱的FX2n—64MR-001，其電氣接線如圖4.2所示。圖4.2PLC電器接線圖4.4機(jī)械手PLC程序設(shè)計(jì)氣機(jī)械手的控制及動(dòng)作路線由PLC的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)前述要求，該程序框架采用調(diào)用子程序方法，在主程序中實(shí)現(xiàn)機(jī)械手工作狀態(tài)的選擇，子程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的復(fù)位和動(dòng)作路線的實(shí)現(xiàn)，這種程序框架邏輯清晰，便于閱讀與修改擴(kuò)展，其程序框架如圖5所示。其中，機(jī)械手動(dòng)作子程序是控制程序的核心部分，針對(duì)氣缸順序控制要求，采用順序功能圖(SequentialFunctionChan，SFC)的設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用FX2n系列PLC中的STL指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)曲軸的工作，開(kāi)始時(shí)機(jī)械手處于初始位置，即要實(shí)現(xiàn)動(dòng)作如圖4.3所示，其順序功能圖如圖4.4所示。圖4.3PLC主程序框架圖圖4.4機(jī)械手動(dòng)作順序圖圖4.5順序功能圖第5章機(jī)械手的三維建模5.1UG簡(jiǎn)介及三維實(shí)體建模UG簡(jiǎn)介UGNX是美國(guó)UGS公司推出的CAD／CAE／CAM一體化軟件，是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工作圖等設(shè)計(jì)功能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還可以進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析，完成產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、模型建立、性能分析和運(yùn)動(dòng)分析、加工刀路的生成等整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)紙化生產(chǎn)。UG面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品及精確地?cái)?shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)保持相關(guān)。由于系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，完全共享零件和產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)，為協(xié)同工作提供了基礎(chǔ)。CAD功能實(shí)現(xiàn)了目前制造行業(yè)中常規(guī)的工程分析、設(shè)計(jì)和繪圖功能的自動(dòng)化。用戶能夠方便地繪制出任何復(fù)雜的實(shí)體以及造型特征。三維實(shí)體建模UG軟件建模是基于特征的符合建模，是顯示建模、參數(shù)化建模、基于約束的建模3種建模技術(shù)的選擇性結(jié)合。顯示建模：顯示建模的對(duì)象是相對(duì)于模型空間，而不是相對(duì)于彼此建立。對(duì)一個(gè)或多個(gè)對(duì)象所做的改變不影響其他對(duì)象。參數(shù)化建模：將用于模型定義的尺寸參數(shù)和參數(shù)值隨模型儲(chǔ)存，參數(shù)變量可以彼此引用，從而建立模型的各個(gè)特征之間的關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)編輯參數(shù)變量修改整個(gè)模型。例如：用戶設(shè)置參數(shù)關(guān)系、孔的深度總是等于凸墊的高度，通過(guò)編輯參數(shù)，可以同時(shí)更新模型的孔和凸墊?；诩s束的建模：模型幾何體的一組設(shè)計(jì)規(guī)則的定義，稱之為約束。模型是通過(guò)約束來(lái)驅(qū)動(dòng)或求解的。這些約束可以是尺寸約束（如草圖尺寸或定位尺寸）或幾何約束（如平行或相切），如一條線相切到一條弧。設(shè)計(jì)者的意圖是線的角度改變時(shí)仍維持相切，或當(dāng)角度修改時(shí)仍維持正交條件。另外，UGNX提供了一套強(qiáng)有力的工具——直接建模工具，進(jìn)一步擴(kuò)展了復(fù)合建模功能。用戶可以直接修改遺留的和基于歷史的模型，添加新的特征和“在表面進(jìn)行智能化操作”。接到任務(wù)后，應(yīng)先研究產(chǎn)品的整體輪廓，然后再考慮細(xì)節(jié)，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)，盡可能使用全參數(shù)化的建模方法，具體如下：（1）特征分解分析零件的形狀特點(diǎn)，然后把它隔離成幾個(gè)主要的特征區(qū)域。接著，對(duì)每個(gè)區(qū)域再進(jìn)行粗線條分解，及至在頭腦中有一個(gè)總體的建模思路以及一個(gè)粗略的特征圖，同時(shí)要辨別出難點(diǎn)、容易出問(wèn)題的地方。（2）建立基礎(chǔ)特征即根據(jù)特征設(shè)計(jì)，建立零件毛坯形狀。（3）詳細(xì)設(shè)計(jì)利用成型特征，增加或減少材料。詳細(xì)設(shè)計(jì)的一般原則如下：=1\*GB3①先粗后細(xì)：先作粗略的形狀，再逐步細(xì)化。=2\*GB3②先大后?。合茸鞔蟪叽缧螤睿偻瓿删植康募?xì)化。=3\*GB3③先外后里：先作外表面形狀，再細(xì)化內(nèi)部形狀。（4）細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)利用特征操作，倒圓角、斜角，構(gòu)建各類孔系，各類溝槽等。5.2機(jī)械手零件建模建模方法與步驟演示下面進(jìn)行機(jī)械手的UG建模：新建文件:選擇菜單欄【文件】→【新建】命令，創(chuàng)建新部件，“文件名”為xiajizuo,單位選擇“毫米”。選擇菜單欄中【應(yīng)用】命令，進(jìn)入建立模型模塊。繪制圓柱體：（1）選擇【草圖】命令，單擊圖標(biāo)，進(jìn)入草圖模式。單擊鍵，建立如圖5-1a所示草圖；（2）單擊【完成草圖】命令，進(jìn)入建模模式，單擊【回轉(zhuǎn)】命令，彈出如圖5-1b所示對(duì)話框，設(shè)置回轉(zhuǎn)參數(shù)，單擊確定，生成如圖5-1c所示下機(jī)座部分圖。abc圖5-1機(jī)械手主要零件的三維建模abcdef圖4-7a圖4-7b圖4-7c圖4-7d圖4-7e圖4-7f圖4-7gg圖5-2a.主活塞b.轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿c.連接板d.轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪e.氣爪活塞桿f.夾持氣缸連接桿g.氣缸蓋5.3機(jī)械手裝配零件裝配簡(jiǎn)單演示新建文件:選擇菜單欄【文件】→【新建】命令，創(chuàng)建新部件，“文件名”為zhuhuosaigang-ZPT,單位選擇“毫米”。單擊【起始】→【裝配】命令，進(jìn)入裝配模式。單擊【裝配】→【組建】→【添加現(xiàn)有組件】，出現(xiàn)如圖5-3a所示對(duì)話框。單擊【選擇部件文件】，出現(xiàn)零件選擇的對(duì)話框，選擇零件圖主活塞桿，單擊【確定】。出現(xiàn)組建預(yù)覽框，以及一個(gè)對(duì)話框，如圖5-3b所示。單擊【添加現(xiàn)有部件】→【確定】，出現(xiàn)如圖5-3abc

d圖5-3單擊【添加現(xiàn)有組建】，選擇部件主活塞零件，出現(xiàn)如圖5-4a所示主活塞的對(duì)話框和零件圖。單擊【確定】，出現(xiàn)如圖5-4b所示對(duì)話框，單擊對(duì)話框配對(duì)類型中的中心圖標(biāo)，然后單擊組件預(yù)覽中活塞一側(cè)使其變紅,然后點(diǎn)擊活塞桿軸肩處,使其變成澄色,結(jié)果如圖5-4c所示。單擊配對(duì)條件對(duì)話框中的【確定】，至此完成abcd圖5-45.3.2裝配圖機(jī)械手裝配圖圖5-5裝配圖結(jié)論此次設(shè)計(jì)在參考大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)基礎(chǔ)之上，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，主要完成了：（1）初步設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。（2）采用CAXA繪制出裝配圖和零件圖。（3）對(duì)所有零部件進(jìn)行UG的三維實(shí)體建模，裝配。（4）設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。（5）根據(jù)要求和設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。機(jī)械手傳動(dòng)部分為氣壓傳動(dòng)，分為四個(gè)模塊，分別為:升降機(jī)構(gòu)、水平伸縮機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)和水平伸縮機(jī)構(gòu)由相應(yīng)的氣缸和導(dǎo)向裝置組成；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用帶有齒條的活塞桿傳動(dòng)直齒輪的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)功能；夾持機(jī)構(gòu)利用了蝸輪蝸桿的自鎖，利用工件的自重實(shí)現(xiàn)自鎖。機(jī)械手的控制部分由PLC控制，選用的PLC型號(hào)為FX2N-64MR,有32個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，通過(guò)子程序的調(diào)用使機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)：手動(dòng)，單步，單周期，連續(xù)周期四種形式的運(yùn)行方式。本次設(shè)計(jì)主要可以得出以下結(jié)論：利用PLC對(duì)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制．簡(jiǎn)化了氣壓傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度和速度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了人力資源，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。氣動(dòng)控制回路簡(jiǎn)單、電氣控制容易實(shí)現(xiàn)、成本相對(duì)低。此機(jī)械手適合用于工業(yè)中單調(diào)、頻繁的搬運(yùn)或抓取類工作。參考文獻(xiàn)[1]蔣曉剛，高嶺，陳永備，四自由度氣動(dòng)機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)，《精密制造與自動(dòng)化》2021年第1期[2]張群生，機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)《裝備制造技術(shù)》2007年第6期[3]孫迎遠(yuǎn)，PLC在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用《煤礦機(jī)械》2021年第9期[4]張波，李衛(wèi)民，尚銳，多功能上下料用機(jī)械手液壓系統(tǒng)《氣壓與氣壓》2002年第8期[5]楊后川，楊萍，陳勇，張學(xué)明，基于FX2NPLC控制的實(shí)驗(yàn)用氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)《液壓與氣動(dòng)》2021年第2期[6]黃偉玲，基于PLC的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)《煤礦機(jī)械》2021年10月[7]張州，劉廣瑞，杜大軍，基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)《機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新2》004年5月[8]李軍英，劉艷香，焦冬梅，三菱PLC在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用《機(jī)電工程技術(shù)》2007年9月[9]周虹，氣動(dòng)與PLC技術(shù)相結(jié)合在機(jī)械手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用《液壓與氣動(dòng)》2004年3期[10]趙美寧，王佳，自動(dòng)供料機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)《液壓與氣動(dòng)》2007年9期[11]宋旦鋒，模塊化氣動(dòng)裝卸機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)[學(xué)位論文]碩士2004[12]李超，氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)[學(xué)位論文]碩士2003[13]加藤一郎，《機(jī)械手圖冊(cè)》1979[14]馬香峰，《工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì)》1996[15]陳冰冰，氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析及控制的研究，碩士學(xué)位論文[16]孫兵，趙斌，施永輝，物料搬運(yùn)機(jī)械手的研制，《機(jī)電一體化》2005年[17]陳大奎，搬運(yùn)機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，哈爾濱工程大學(xué)[18]王建軍，袁幫誼，基于ADAMS的搬運(yùn)機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)《中國(guó)科技博覽》2021致謝本課題是在譚立新老師的精心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x和最誠(chéng)摯的敬意。四年的讀書(shū)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。再有要感謝一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們，與他們的一次次交流使我得以不斷進(jìn)步和提高。我能夠?qū)Ｐ膶W(xué)習(xí)，順利完成學(xué)業(yè)，與我的父母的培養(yǎng)、鼓勵(lì)和支持是分不開(kāi)的，在此向他們表示最誠(chéng)摯的感謝！感謝文中所引用文獻(xiàn)的所有作者們！再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們！優(yōu)秀設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：20**年5月25日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目：曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)姓名學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師職稱教研室主任一、基本任務(wù)及要求：任務(wù)1.總體方案設(shè)計(jì)（平面、三維、爆炸圖）要求1.圖紙折合A0不少于3.0張2.主要技術(shù)參數(shù)確定2.說(shuō)明書(shū)論文少于1.5萬(wàn)字3.搬運(yùn)線機(jī)械手設(shè)計(jì)3.獨(dú)立完成4.主要零部件設(shè)計(jì)5.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.應(yīng)用相關(guān)合適軟件分析研究二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間：第1周：課題熟悉資料查閱第10周：平面、三維、爆炸圖第2周：開(kāi)題報(bào)告文獻(xiàn)綜述第11周：控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3周：擬定總體方案第12周：分析研究第4周：總裝圖草案、初定主要結(jié)構(gòu)第13周：分析研究及部分程序第5周：機(jī)動(dòng)第14周：說(shuō)明書(shū)（論文）撰寫第6周：畢業(yè)實(shí)習(xí)及實(shí)習(xí)報(bào)告第15周：審核第7周：平面、三維、爆炸圖第16周：答辯、成績(jī)?cè)u(píng)定第8周：平面、三維、爆炸圖第9周：平面、三維、爆炸圖畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目：曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告1．文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。文獻(xiàn)綜述1、引言機(jī)械手（mechanicalhand）也被稱為自動(dòng)手（autohand）。工業(yè)機(jī)械手（簡(jiǎn)稱機(jī)械手）是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已漸成為現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸形成一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手之所以迅速發(fā)展還因?yàn)樗姆e極作用日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工作的傳送和裝卸；起三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。從而大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視，投入大量的人力物力加以研究和應(yīng)用工業(yè)機(jī)械手是在自動(dòng)線上搬運(yùn)物料的一種自動(dòng)化裝置。其工作對(duì)象是將物料從生產(chǎn)線上轉(zhuǎn)運(yùn)到下道工序或存放位置。主要完成以下幾個(gè)動(dòng)作：下降一旋轉(zhuǎn)一抓取并夾持物料一旋轉(zhuǎn)一上升一松開(kāi)并放置物料。2、工業(yè)機(jī)械手的歷史、用途、發(fā)展趨勢(shì)2.1工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展史早在三國(guó)時(shí)代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國(guó)人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機(jī)器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學(xué)幻想所系的“永動(dòng)機(jī)”、太空探險(xiǎn)以及夢(mèng)想解決人的機(jī)能所無(wú)法達(dá)致境界的求新意念，推動(dòng)科學(xué)家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機(jī)械。上世紀(jì)六、七十年代的自動(dòng)化機(jī)器、無(wú)人操縱的飛行器等等，即是此產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條上的一個(gè)大膽的嘗試與突破。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案上又試制出一臺(tái)示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng))。同年美國(guó)機(jī)械制造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。1978年美國(guó)Unimate（萬(wàn)能自動(dòng)）公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種叫Unimate---vic---arm型工業(yè)機(jī)械手。裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1mm毫米。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力從事機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位達(dá)50多個(gè)。在數(shù)量上日本已占世界首位，約占70%，并以每年50-60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中有一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。主要用于機(jī)械化、自動(dòng)化程度較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。目前蘇聯(lián)的輔助性作業(yè)工人中搞設(shè)備維修的約占37%。進(jìn)入80年代之后，美國(guó)政府和企業(yè)界才對(duì)機(jī)器人真正重視起來(lái)，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，使美國(guó)的機(jī)器人迅速發(fā)展。

80年代中后期，隨著應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來(lái)越滿足不了實(shí)際需要，美國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)帶有視覺(jué)、力覺(jué)的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國(guó)60％的機(jī)器人市場(chǎng)。

美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在：

（1）性能可靠，功能全面，精確度高；

（2）機(jī)器人語(yǔ)言研究發(fā)展較快，語(yǔ)言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首；

（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺(jué)、觸覺(jué)等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用；

（4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測(cè)方面。

2.2工業(yè)機(jī)械手的用途在現(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。化工等連續(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。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。工業(yè)機(jī)械手是為實(shí)現(xiàn)工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍；(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件；(3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)；（4）可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等；(5）宇宙及海洋的開(kāi)發(fā)；(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)……2.3工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。在國(guó)呢主要是逐步擴(kuò)大應(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)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。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)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(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)械制造中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)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)，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備有任何傳感反饋能力，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)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。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)距儀以及微型計(jì)算機(jī)。觸覺(jué)功能既在機(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)的壓力感敏元件產(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)的壓力感敏元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(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)。3、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由三部分組成：手部、手臂、軀干。手部安裝在手臂的前端。機(jī)械手手部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)目又分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。所謂沒(méi)有手指的手部，一般是指真空吸盤或磁形吸盤。機(jī)械手手臂有無(wú)關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)之分。目前采用的手臂都是無(wú)關(guān)節(jié)臂。多關(guān)節(jié)手臂還處在研究階段。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位?？偫C(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，離不開(kāi)直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng)油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、交流伺服馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。機(jī)械手軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。

3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓、氣壓用的最多，占90%以上；電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、油馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小，出力大，動(dòng)作平緩，可無(wú)級(jí)調(diào)速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4~6個(gè)大氣壓，個(gè)別的大到8~10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)是產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖減震機(jī)構(gòu)。電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多。現(xiàn)在都用三相感應(yīng)電極作為動(dòng)力，用大減速比減速器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電極帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電極、直流或交流的伺服電電極、變速箱等。電器驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單；維護(hù)方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用同一型式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于動(dòng)作固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，工作速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。3.3控制系統(tǒng)機(jī)械手控制的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種，目前以點(diǎn)位控制為主，占90%以上?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存貯，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。程序的存貯方式分為分離存貯和集中存貯兩種。分離存貯是將各種控制因素的信息分別存貯兩種以上的存貯裝置中，如順序信息存貯于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存貯時(shí)間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等。集中存貯是將各種控制因素的信息全部存貯于一種裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。這種方式用于順序、位置、時(shí)間、速度等必須同時(shí)控制的場(chǎng)合、即連續(xù)控制的情況下使用。對(duì)于動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手，采用示教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。控制系統(tǒng)以插銷用得最多，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。它裝有許多凸輪，每一凸輪分為配給一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)一周便完成一個(gè)工作循環(huán)。插銷板適用于需要迅速改變程序的場(chǎng)合。換一種程序只需抽換一種插銷板就可，而同一插件又可以反復(fù)使用。穿孔帶容納程序長(zhǎng)度可不受限制，但如果發(fā)生錯(cuò)誤是就要全部更換。穿孔卡的信息容納量有限，但便于更換、保存、可重復(fù)使用。磁芯和磁鼓僅適用于存貯容量較大的場(chǎng)合。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動(dòng)作的復(fù)雜程度和精度程度來(lái)確定。4結(jié)論語(yǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)是必不可少的，也是對(duì)我們這種還沒(méi)有畢業(yè)的來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有做過(guò)，所以很陌生。雖然陌生，但是確實(shí)十分重要的。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)我們可以對(duì)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行一次初步的總結(jié)，并初步應(yīng)用到實(shí)踐中去，還可以培養(yǎng)我們分析和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，它能讓我們熟悉一些基本的機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，撐握一些基本的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步提高提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。此外，十分有利于我們的實(shí)踐能力的提高。所以我們要把握這個(gè)機(jī)會(huì)，認(rèn)真對(duì)待，用心把這次設(shè)計(jì)做好。所以，這就要求我們要在這個(gè)過(guò)程中要做到以下幾點(diǎn)來(lái)嚴(yán)格要求自已：充分發(fā)揮深入學(xué)習(xí)主體作用；能把老師傳授知識(shí)和發(fā)揮智能與自身素質(zhì)培養(yǎng)統(tǒng)一起來(lái)；有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法；能學(xué)會(huì)通過(guò)獲取信息、再經(jīng)過(guò)加工處理、深入進(jìn)行問(wèn)題探索來(lái)獲取更為廣泛的知識(shí)。參考文獻(xiàn)柳洪義，宋偉剛；編；機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)；冶金工業(yè)出版社；2002陸祥生，楊秀蓮；主編；機(jī)械手理論及應(yīng)用；中國(guó)鐵道出版社；1985張福學(xué)，主編；機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用；電子工業(yè)出版社；1999孔秀艷，作者；一種四軸搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制；大眾科技；2021天津大學(xué)工業(yè)機(jī)械手編寫組編寫；工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；天津科學(xué)技術(shù)出版社1980.8牟喜東，作者；高速搬運(yùn)機(jī)械手與自動(dòng)化制造；國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)；2007羅庚合，蔡霞，作者；搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制；西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2002殷際英，何廣平；編著；關(guān)節(jié)型機(jī)器人；化學(xué)工業(yè)出版社；2003.8林國(guó)重，盛東初，主編；液壓傳動(dòng)與控制；北京工業(yè)學(xué)院出版社；1987.4孫迪生，王炎，編著；機(jī)器人控制技術(shù)；機(jī)械工業(yè)出版社1997.4吳振彪，工業(yè)機(jī)器人【M】；華中科大出版社；1997李仁，主編；電器控制；機(jī)械工業(yè)出版社；2006.2廖常初，主編；可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用；重慶大學(xué)出版社2006.2姜繼海，寧錦春,高常識(shí)，主編；液壓與氣壓傳動(dòng)；高等教育出版社；2003.4杜祥瑛，編著；工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用；機(jī)械工業(yè)出版式社；1986.10叢風(fēng)延，遲建山，主編；組全機(jī)床設(shè)計(jì)；上?？萍汲霭嫔?；1994.10[17]李桂莉，作者；搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；煤礦機(jī)械；2007[18]哈爾濱工業(yè)大學(xué)，主編；機(jī)械工程手冊(cè)；機(jī)械工業(yè)出版社；1979.2２．開(kāi)題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施開(kāi)題報(bào)告一、課題的目的與意義課題的目的：此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題《曲軸搬運(yùn)搬運(yùn)機(jī)械手》主要是進(jìn)行曲軸六拐和機(jī)械手的設(shè)計(jì)。在機(jī)械制造業(yè)中，如機(jī)械加工、焊接、鑄造等作業(yè)，機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展都較快。但這些專業(yè)的裝卸、吊裝和運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化、自動(dòng)化問(wèn)題，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后在各專業(yè)本身機(jī)械化、自動(dòng)化的后面。而機(jī)械手不僅為這些專業(yè)的本身進(jìn)一步自動(dòng)化，更為這些專業(yè)的工件裝卸自動(dòng)化提供了一種新型的工業(yè)裝備。采用機(jī)械手后就可以自由地按預(yù)定的作業(yè)程序進(jìn)行操作。機(jī)械手的目的是為了能部分地替代人的手進(jìn)行操作。進(jìn)行本課題的研究可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少自動(dòng)線上的工人數(shù)目，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。可以說(shuō)這是當(dāng)今工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。在現(xiàn)如今高度發(fā)展的工業(yè)社會(huì)里，生產(chǎn)講究高效率、自動(dòng)化，而自工業(yè)機(jī)械手、工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，已有數(shù)千、萬(wàn)臺(tái)應(yīng)用于各領(lǐng)域的搬運(yùn)作業(yè)。事實(shí)上，在生產(chǎn)領(lǐng)域真正用來(lái)加工的時(shí)間一般不大于整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間的10％。由此可見(jiàn)自動(dòng)化的迫切性和重要性。搬運(yùn)機(jī)械手作為一種高效、簡(jiǎn)便的搬運(yùn)設(shè)備，經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，其機(jī)電一體化程度日益提高，工業(yè)應(yīng)用技術(shù)日臻完善，并已成為現(xiàn)代制造業(yè)中的一個(gè)重要組成部分。此次設(shè)計(jì)包括機(jī)械原理、液壓、電氣傳動(dòng)及單片機(jī)、PLC、可編程控制系統(tǒng)等方面的知識(shí)。它將在大學(xué)四年里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行一次綜合性的應(yīng)用，是對(duì)大學(xué)的一次很好的總結(jié)。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。三、實(shí)施步驟1、課題的主要內(nèi)容和要求1）任務(wù)要求（1）總體方案設(shè)計(jì)（2）主要技術(shù)參數(shù)確定（3）曲軸六拐設(shè)計(jì)（4）搬運(yùn)上線機(jī)械手設(shè)計(jì)（5）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（6）UG作圖（7）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2）設(shè)計(jì)要求（1）圖紙折合零號(hào)圖紙不少于3.0張（2）說(shuō)明書(shū)論文不少于1.5萬(wàn)字（3）液壓控制（4）獨(dú)立完成2、課題研究步驟1）熟悉設(shè)計(jì)的課題，查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，編寫開(kāi)題報(bào)告；2）畢業(yè)實(shí)習(xí)、進(jìn)行有關(guān)課題問(wèn)題的調(diào)研；3）擬定設(shè)計(jì)的總體方案并進(jìn)行分析、討論；4）擇優(yōu)選定一套最佳方案；5）設(shè)計(jì)、確定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)；6）繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；7）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；8）UG作圖；9）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；3、課題方案據(jù)曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手須具備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制裝置，經(jīng)仿真分析并考慮其多方面問(wèn)題，擬定設(shè)計(jì)方案如下：執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的工作分為裝載和卸載兩種。機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高、重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力。我們?cè)O(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手是一個(gè)關(guān)節(jié)型式的4自由度機(jī)械手。機(jī)構(gòu)由機(jī)身、手臂、手腕和末端操作器組成。其中，機(jī)身只有一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，手臂有俯仰、伸縮兩個(gè)自由度，手腕只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。機(jī)身的回轉(zhuǎn)自由度由齒輪齒條液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，手臂的俯仰自由度由步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，而手臂的伸縮自由度則由一單桿活塞缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，手腕的旋轉(zhuǎn)自由度由一個(gè)旋轉(zhuǎn)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓方式，它具有在同等輸出功率下傳動(dòng)裝置體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)，俯仰、伸縮及夾緊和松開(kāi)等動(dòng)作可用液壓和步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。3）控制裝置由于搬運(yùn)機(jī)械手取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在機(jī)械手控制中，除對(duì)手臂伸縮、手爪等控制外，還要涉及到對(duì)手臂俯仰以及機(jī)身回轉(zhuǎn)的伺服控制。其中，機(jī)械手手臂俯仰的伺服控制采用比例伺服控制系統(tǒng)。其他都采用PLC控制?？紤]到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，對(duì)本課題中的混合驅(qū)動(dòng)機(jī)械手應(yīng)采用PLC作為核心控制器，各控制對(duì)象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作。從而最終實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)、液壓系統(tǒng)的伺服定位控制，不但提高了控制的靈活性和可靠性，又便于控制程序的編寫。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告指導(dǎo)教師意見(jiàn)：1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：指導(dǎo)教師：年月日所在專業(yè)審查意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人：年月日摘要本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)五自由度的曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手，目的是為了提高曲軸加工過(guò)程中的勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的自動(dòng)化。根據(jù)機(jī)械手的工作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的外形尺寸和工作空間，擬定了機(jī)械手各關(guān)節(jié)的總體傳動(dòng)方案，采用可編程控制器(PLC)對(duì)其液壓驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行順序控制,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化。該設(shè)計(jì)提高了加工的自動(dòng)化程度，全部機(jī)械設(shè)計(jì)采用了等強(qiáng)度、可靠性設(shè)計(jì)方法，初步達(dá)到了高效低成本生產(chǎn)加工的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；曲軸；順序控制

ABSTRACTInthispaper,thedesignofacrankshaftofthefivedegreesoffreedommanipulatorhandlingon-lineinordertoimprovetheprocessofthecrankshaftlaborproductivity,toachievetheautomationofmachining.Accordingtotheworkmanipulatorandstructuralcharacteristicsoftherequirementsforthedesignofthemechanicalhand,determinethesizeoftherobotandworkspace,thedevelopmentofamanipulatoroftheoveralltransmissionofthejointprogram,theuseofprogrammablelogiccontroller(PLC)ofitshydraulic-drivensequentialcontroldevicestoachieveautomationofthesystem.Thedesignincreasedthedegreeofautomationforprocessingallthemechanicaldesign,suchasintensityofuse,reliabilitydesignmethod,theinitialreachofahighlyefficientproductionandprocessingoflow-costobjectives.

Keywords:Manipulator;Crankshaft;sequencecontrol目錄摘要………………ⅠAbstract……………Ⅱ第1章引言…………11.1工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展史…………………11.2工業(yè)機(jī)械手的用途………………21.3工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)………………31.4機(jī)械手的組成…………41.5應(yīng)有機(jī)械手的意義……………………6第2章總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)組成…………………72.1液壓機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述………………72.2液壓力機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析……………7設(shè)計(jì)要求…………7總體設(shè)計(jì)任務(wù)分析……………8總體方案擬定……………………8自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案論證………………9第3章機(jī)身設(shè)計(jì)……………………123.1機(jī)身設(shè)計(jì)要點(diǎn)…………123.2驅(qū)動(dòng)力計(jì)算……………12第4章手臂設(shè)計(jì)…………………144.1手臂設(shè)計(jì)要點(diǎn)…………14應(yīng)使手臂剛度大、重量輕………14應(yīng)使手臂運(yùn)動(dòng)速度、慣性小…………………15手臂動(dòng)作應(yīng)靈活………………16應(yīng)使手臂傳動(dòng)準(zhǔn)確、導(dǎo)向性好…………………16位置精度要求高………………164.2手臂機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)………………17手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)……………17.1直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)…………17.2導(dǎo)向裝置………………17.3手臂驅(qū)動(dòng)力計(jì)算…