搬運(yùn)機(jī)械手及其控制系統(tǒng)樣本

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ畢業(yè)設(shè)計(jì)闡明書(shū)搬運(yùn)機(jī)械手及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指引教師：年5月摘要國(guó)內(nèi)機(jī)械手發(fā)展在近來(lái)幾年得到了突飛猛進(jìn)發(fā)展，機(jī)械手可以仿照人類某些肢體運(yùn)動(dòng)完畢某些特定動(dòng)作，因此機(jī)械手在生產(chǎn)活動(dòng)中扮演著越來(lái)越重要角色。因而機(jī)械手會(huì)在國(guó)內(nèi)得到更普遍廣泛應(yīng)用。搬運(yùn)機(jī)械手在當(dāng)今工業(yè)、醫(yī)療、自然災(zāi)害等等領(lǐng)域中檔到了廣泛應(yīng)用發(fā)展，然而搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作中起到舉足輕重作用，因而控制某些和執(zhí)行某些對(duì)于機(jī)械手工作整體運(yùn)轉(zhuǎn)狀況具備十分重要意義。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)重要任務(wù)是解決執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制某些問(wèn)題，該畢業(yè)設(shè)計(jì)采用氣壓傳動(dòng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可編程控制器作為搬運(yùn)機(jī)械手控制某些。對(duì)于本論文總體設(shè)計(jì)重要有一下幾點(diǎn)，一方面要擬定搬運(yùn)機(jī)械手工作對(duì)象、設(shè)計(jì)目、搬運(yùn)機(jī)械手自由度。本畢業(yè)設(shè)計(jì)要通過(guò)計(jì)算計(jì)算出氣爪個(gè)夾緊力，伸縮臂氣缸、擺動(dòng)氣缸扭矩等，然后選取原則氣缸。執(zhí)行某些要畫(huà)出氣動(dòng)原理圖，控制某些要依照搬運(yùn)機(jī)械手控IO點(diǎn)數(shù)選取三菱FX系列PLC。依照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)規(guī)定畫(huà)出梯形圖和程序語(yǔ)句表。核心詞：搬運(yùn)機(jī)械手氣壓動(dòng)傳動(dòng)可編程控制器SMC氣缸AbstractTherobot'sdevelopmenthasbeenrapiddevelopmentinrecentyears，Therobotcanbemodeledonthehumanlimbmovementstocompletecertainactions.Playanincreasinglyimportantroleinthemove.RobotinChinamoregenerally，awiderangeofapplicationsHandlingrobotinwaitforawiderangeofapplicationdevelopmentintheareaoftoday'sindustrial，medical，naturaldisasters，etc.However，thehandlingrobotcontrolsystemandtheimplementingagenciestoplayadecisiveroleinthework，Controlandoperativepartsofgreatsignificancefortheoverallfunctioningoftherobotwork.Thegraduationprojectthemaintaskistosolvetheproblemofimplementingagenciesandthecontrolpartofthe，Thegraduationprojectadoptspneumatictransmission，programmablelogiccontrollerformovingthecontrolpartoftherobotastheexecutingagency.Fortheoveralldesignofthispaperaremainlythefollowingpoints，Mustfirstdeterminetheobjecthandlingrobotdesignedtodegreesoffreedomofthehandlingrobot，therobotparameters，andsoon.Thisgraduationprojectiscalculatedbycalculatingtheoutletclawsclampingforce，Thecylinderofthetelescopicboom、Parametersofrobotandsoon.Thenselectthestandardcylinder.Operativetodrawpneumaticschematic，ThecontrolsectionaccordingtotheIOhandlingrobotcontrolpointstoselecttheMitsubishiFXseriesPLC.Graduatedfromthedesigntaskbookdrawtheladderandtheprogramstatementtable.Keyword：MovingrobotPressuredynamictransmissionProgrammablecontrollerSMCcylinder目錄摘要………………………..1Abstract（英文摘要）…………………………目錄…………第一章引言……………1．1課題目和意義….1．2工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基本環(huán)節(jié)……………..2總體設(shè)計(jì)…………………2．1設(shè)計(jì)容…………………2．1．1總體闡明……………..2．1．2驅(qū)動(dòng)方式選取和設(shè)計(jì)………………62．1．3整體機(jī)構(gòu)擬定……………………..3工業(yè)機(jī)械手機(jī)械某些設(shè)計(jì)……………….83.1工業(yè)機(jī)械手規(guī)格參數(shù)……………..3.2工業(yè)設(shè)計(jì)手參數(shù)計(jì)算………..83.2.1手部質(zhì)量計(jì)算……………………..3.2.2機(jī)械手爪部夾緊氣缸選取………93.2.3腕部傳動(dòng)氣缸選取……………..3.2.4伸縮氣缸選取……………………3.2.5對(duì)伸縮導(dǎo)桿校核……………..123.2.6配重算………………3.2.7升降某些計(jì)算3.2.8對(duì)升降導(dǎo)桿核算……………..153.2.9撓度計(jì)算…………………...............3.2.10轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸計(jì)算……………164工業(yè)機(jī)械手控制某些設(shè)計(jì)………..174．1回路計(jì)算………………..4．2執(zhí)行元件選取…………..4．3控制元件選取…………..4．4執(zhí)行元件用氣量計(jì)算和空壓機(jī)選取…………214．5氣動(dòng)元件清單……….4.6動(dòng)作順序表………….電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………..5．1電氣控制方案設(shè)計(jì)和元件選取……255．2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC及I/O端口分派圖設(shè)計(jì)………….5．3PLC梯形圖設(shè)計(jì)………5．4PLC控制程序………..總結(jié)道謝參照文獻(xiàn)第一章引言1.1課題來(lái)源及現(xiàn)實(shí)意義該課程設(shè)計(jì)是機(jī)械及機(jī)械控制理論及課程教學(xué)籌劃實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程，是對(duì)這幾年課程知識(shí)綜合考驗(yàn)與考察，是對(duì)咱們一種綜合檢測(cè)。本課題即搬運(yùn)機(jī)械手與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是典型機(jī)械、機(jī)電為一體綜合設(shè)計(jì)產(chǎn)品，該課題幾乎設(shè)計(jì)了我所學(xué)所有課程。涉及領(lǐng)域涉及了機(jī)械幾乎所有專業(yè)課，例如液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)、工廠電氣控制技術(shù)、PLC技術(shù)等等課程。該畢業(yè)設(shè)計(jì)將系統(tǒng)反映機(jī)械與控制緊密聯(lián)系。應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)機(jī)械手有助于實(shí)現(xiàn)材料傳送.共建裝卸.刀具更換以及機(jī)器裝配自動(dòng)化限度提高，因而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)本。搬運(yùn)機(jī)械手也可以改進(jìn)勞動(dòng)條件，避免人身安全。在高、高壓、低溫、低壓等惡性環(huán)境下場(chǎng)合中，應(yīng)用人手直接操作是非常危險(xiǎn)或基本不也許任務(wù)，從而應(yīng)用機(jī)械手即可某些或所有代替人安全完畢作業(yè)，使勞動(dòng)條件得到改進(jìn)和提高。最后可以減輕人力，便于有節(jié)奏高效生產(chǎn)。通過(guò)運(yùn)用兩年來(lái)所學(xué)機(jī)械.電氣.氣動(dòng)PLC.計(jì)算機(jī)等關(guān)于知識(shí)，學(xué)會(huì)依照實(shí)際問(wèn)題需要擬定設(shè)計(jì)方案，構(gòu)思機(jī)械構(gòu)造，完畢程序設(shè)計(jì)及調(diào)試通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，將使我掌握寫(xiě)論文普通環(huán)節(jié)及辦法。同步也鍛煉了我在遇到困難時(shí)冷靜分析。獨(dú)立思考及解決問(wèn)題能力，并且培養(yǎng)了我和同窗互相討論，互相學(xué)習(xí)習(xí)慣。1.2搬運(yùn)機(jī)械手技術(shù)概述1.2.1搬運(yùn)機(jī)械手是一種模仿人類手動(dòng)作，并按設(shè)計(jì)者設(shè)定程序、軌跡和規(guī)定代替人直接搬運(yùn)工件或操持工具或搬運(yùn)工件自動(dòng)化裝置。1.2．1機(jī)械手分類當(dāng)前機(jī)械手種類，可按驅(qū)動(dòng)方式劃分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手等等；按合用范疇可劃分為專用機(jī)械手與通用機(jī)械手兩類；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可化分為點(diǎn)位控制方式和持續(xù)軌跡控制搬運(yùn)機(jī)械手等等。如下對(duì)各類機(jī)械手進(jìn)行簡(jiǎn)要簡(jiǎn)介。

對(duì)于液壓機(jī)械手——輸出力矩大，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。若采用電液伺服機(jī)構(gòu)控制，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)軌跡控制。液壓系統(tǒng)密封規(guī)定很嚴(yán)格，油溫對(duì)油粘度影響也很大。對(duì)于氣壓機(jī)械手——?dú)庠匆员闳≈槐M用之不竭，但輸出力比較小，氣壓傳動(dòng)速度較快，構(gòu)造簡(jiǎn)樸、成本低廉。但工作時(shí)穩(wěn)定度低，沖擊力很大，在同樣抓重物條件下它比液壓控制機(jī)械手構(gòu)造大多。對(duì)于電動(dòng)機(jī)械手——是用直接用直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)和具備特殊構(gòu)造感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等來(lái)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力源簡(jiǎn)樸易于獲取，不再需要多余能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，維護(hù)使用以便可靠。對(duì)于機(jī)械式機(jī)械手——由工作機(jī)械帶動(dòng)機(jī)械手工作，工作穩(wěn)定可靠，構(gòu)造簡(jiǎn)樸易于制造，成本適中，但動(dòng)作路線固定不可變。對(duì)于點(diǎn)位控制——點(diǎn)位控制只能控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)幾種點(diǎn)相對(duì)位置，運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制。當(dāng)前大多使用專用機(jī)械手和通用機(jī)械手均屬于點(diǎn)位控制。對(duì)于持續(xù)控制——大某些工業(yè)機(jī)械手按給定速度沿給定軌跡路線實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并且精確運(yùn)動(dòng)。重要特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都要在PLC控制之下。此類工業(yè)機(jī)械手普通采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制即可。1.3搬運(yùn)機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手同步，相應(yīng)發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手工業(yè)機(jī)械手是在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來(lái)，開(kāi)始于40年代美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室搬運(yùn)核原料遙控機(jī)械操作手研究，它是一種舊式主從型控制系統(tǒng)。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出世界上第一臺(tái)機(jī)械手。它構(gòu)造簡(jiǎn)樸：機(jī)體上安裝一種回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，機(jī)械手端部裝有電磁鐵工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型；至到1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案基本上進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，又試制成一臺(tái)新型數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造了坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、伸縮，用液壓氣壓等驅(qū)動(dòng)；美國(guó)聯(lián)合公司控制系統(tǒng)用磁鼓做儲(chǔ)存裝置。因而不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個(gè)基本上發(fā)展設(shè)計(jì)起來(lái)；普曼公司專門生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)械手，聯(lián)邦德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用制造機(jī)械手，重要用于工廠起重運(yùn)送、焊接和設(shè)備上下料等工廠作業(yè)：聯(lián)邦德國(guó)K公司還生產(chǎn)過(guò)一種點(diǎn)焊式機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式構(gòu)造和PLC等程序控制；日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快最先進(jìn)，應(yīng)用國(guó)家也是最多國(guó)家，自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型工業(yè)機(jī)械手后，開(kāi)始大力發(fā)張從事機(jī)械手研究工作，當(dāng)前已經(jīng)成為世界上工業(yè)機(jī)械手最發(fā)達(dá)應(yīng)用最多國(guó)家之一。當(dāng)今世界機(jī)械手發(fā)展仍在迅猛發(fā)展。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手研究研發(fā)開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代左右。1972年國(guó)內(nèi)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手開(kāi)發(fā)制造于上海，隨著全國(guó)各省都開(kāi)始研制和研發(fā)應(yīng)用機(jī)械手。自從第七個(gè)五年籌劃開(kāi)始，國(guó)內(nèi)政府將工業(yè)機(jī)器人發(fā)展列入其中并作為重點(diǎn)項(xiàng)目，并且為此項(xiàng)目投入大量人力物力，研究開(kāi)發(fā)并且制造了一系列工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合伙設(shè)計(jì)制造點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造氬弧焊機(jī)器人等等。這些工業(yè)機(jī)器人控制器，幾乎大某些都是由中華人民共和國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)發(fā)，同步一系列機(jī)器人核心部件也被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，氣壓液壓等技術(shù)等等。如今國(guó)內(nèi)正從一種“制造型大國(guó)”向“制造型強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中華人民共和國(guó)制造業(yè)正在面臨著與國(guó)際接軌、世界接軌、參加國(guó)際分工巨大工作和挑戰(zhàn)當(dāng)中，對(duì)國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化提高迫在眉睫，中華人民共和國(guó)政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人資金投入和政策支持，將會(huì)給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新動(dòng)力和活力。隨著機(jī)械手發(fā)展深度和廣度以及機(jī)器人智能水平不斷提高，中華人民共和國(guó)機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了廣泛普遍應(yīng)用。已經(jīng)從老式汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修機(jī)器人等。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手應(yīng)用也越來(lái)越多。在將來(lái)幾年，國(guó)內(nèi)將在傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中機(jī)械手將會(huì)被廣泛應(yīng)用，因而這些技術(shù)會(huì)使機(jī)械手應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)營(yíng)成本將更低。據(jù)一系列現(xiàn)象證據(jù)表白，此后機(jī)械手將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教誨、救災(zāi)、海洋開(kāi)發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)送和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1.4搬運(yùn)機(jī)械手需要解決問(wèn)題1需要解決機(jī)械手機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)問(wèn)題，并且規(guī)定搬運(yùn)機(jī)械手構(gòu)造簡(jiǎn)樸、經(jīng)濟(jì)、操作以便具備一定代表性和可性行。2各執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)要協(xié)調(diào)穩(wěn)定精度要達(dá)到一定精度問(wèn)題。3機(jī)械手控制系統(tǒng)問(wèn)題，解決工件和控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。4還需要解決元件匹配規(guī)則和知識(shí)獲取及其表達(dá)形式等等問(wèn)題。第二章搬運(yùn)機(jī)械手夾持某些計(jì)算2.1夾持式手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算任務(wù)書(shū)給出工件質(zhì)量是G=1公斤，尺寸等于3232（直徑高度），材料是塑料。1依照夾持工件質(zhì)量G及方位計(jì)算手指可以把工件夾緊夾緊力N粗略為N（0.9~1.1）G10N。2依照夾緊力N和所采用傳力機(jī)構(gòu)，計(jì)算出理論驅(qū)動(dòng)力。有上圖可知c=15mmb=40mm°得=N==25N3計(jì)算出實(shí)際驅(qū)動(dòng)力p（公斤）——————理論驅(qū)動(dòng)力——————安全系數(shù)，普通狀況下取1.5至2負(fù)載<50005000~1000010000~00~3000030000~50000>50000工作壓力0.8~11.5~22.5~33~44~5>5~7—————工作狀況系數(shù)，其中重要考慮慣性力影響，由此可按如下公式計(jì)算=1+a——————為手部抓取工件手臂運(yùn)動(dòng)最小加速度（）——————傳力機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，普通狀況取=0.85~0.9由以上求如果被抓取工件為勻速運(yùn)動(dòng)則a=0。則=1+=1+0=1,因此==50N因此夾持工件時(shí)所需要夾緊氣缸驅(qū)動(dòng)力約為50N第三章上下移動(dòng)氣缸選型計(jì)算3.1機(jī)械某些重要尺寸擬定3.1.1上下移動(dòng)缸計(jì)算擬定由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷》取氣缸工作壓力約為=0.4MP，氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d擬定。單活塞桿氣缸是當(dāng)今當(dāng)代應(yīng)用最為廣泛，因此該課題夾緊氣缸采用單活塞桿。由于其單活塞作用缸一側(cè)有活塞桿，因此壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)有效面積不再相等，活塞上行是產(chǎn)夾緊力，活塞下行時(shí)產(chǎn)生松開(kāi)力。其中=公式中————表達(dá)活塞桿拉松開(kāi)力N—————表達(dá)活塞桿夾緊力N—————表達(dá)氣缸工作時(shí)總阻力N——————表達(dá)氣缸工作阻力D——————表達(dá)活塞直徑mmd——————表達(dá)活塞桿直徑mm其中總阻力與各種因素關(guān)于，例如慣性力、摩擦力、背壓力等等，綜上以上因素可以用載荷率形式代入公式。求得氣缸松開(kāi)力和夾緊力由此=；=對(duì)于氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)規(guī)定較高時(shí)，普通狀況取=0.3~0.5，因而該課題規(guī)定普通取=0.7~0.9，因此此處取=0.8。由以上分析計(jì)算可以得雙向作用氣缸直徑尺寸。其中=N=100ND===19.95mm查機(jī)當(dāng)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)圓整，得D=25mm原則氣缸直徑，由=0.2~0.4，可得活塞桿直徑。d=（0.2~~0.4）*D=5~10mm因此取活塞桿直徑d=10mm。3．1.2缸筒壁厚和外徑設(shè)計(jì)計(jì)算由于缸筒筒璧直接承受空氣壓力，因此必要需要一定厚度，普通狀況普通氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比應(yīng)不大于或等于1:10，因此氣缸壁厚可按如下薄壁缸公式來(lái)計(jì)算。其中式中——————缸筒壁厚mm。D——————表達(dá)氣缸內(nèi)徑mm——————表達(dá)氣缸實(shí)驗(yàn)壓力，普通取1.5MPa[]——————表達(dá)缸筒璧材料許用壓力缸筒材料先按鑄鋁合金ZL106其中[]=3MPa。于是壁厚==2mm取=2mm，則缸筒外徑為=D+=25+2*2=29mm。3.1.3手部活塞行程l擬定為了擴(kuò)大搬運(yùn)機(jī)械手工作范疇，臂伸距離盡量擴(kuò)大，初步預(yù)計(jì)l=75mm。3.2搬運(yùn)機(jī)械手校核：一3.2.1活塞桿穩(wěn)定性校核依照設(shè)計(jì)手冊(cè)公式可知當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度L10d時(shí)，因此要校核桿穩(wěn)定性。氣缸承受軸向負(fù)載當(dāng)達(dá)到極限值后來(lái)，雖然有很小干擾力便會(huì)使桿產(chǎn)生彎曲變形，從而導(dǎo)致氣缸不能進(jìn)行正常工作。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷可知活塞桿穩(wěn)定性條件如下。以上式中————表達(dá)氣缸所承受軸向負(fù)載，N————表達(dá)氣缸壓桿穩(wěn)定極限力，N————表達(dá)氣缸壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，普通狀況普通取=2~6由于氣缸壓桿穩(wěn)定極限力與缸安裝形式活塞桿直徑及行程等等關(guān)于，因此依照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)公式可知。當(dāng)長(zhǎng)細(xì)桿比時(shí)侯，如果長(zhǎng)細(xì)比時(shí)侯，=其中式中L————表達(dá)活塞桿計(jì)算系數(shù)，mK————表達(dá)活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，桿為實(shí)心桿時(shí)K==I————表達(dá)活塞桿斷面慣性矩則實(shí)心桿I=A————表達(dá)活塞桿截面積m————表達(dá)系數(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷E————表達(dá)材料彈性模量，對(duì)剛?cè)=2.110^11Paf————表達(dá)材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)剛?cè)=4910^7Pa————表達(dá)系數(shù)，對(duì)剛材取實(shí)心桿K===2.5查《機(jī)械手冊(cè)》得安裝方式為一端固定一端自由取m=，將上式代入公式得實(shí)心桿K==2.5由于因而==3.0210^10由于，因此活塞桿穩(wěn)定.3.2.2手抓和氣缸質(zhì)量估算和工件質(zhì)量33.2.3搬運(yùn)氣缸選型依照以上上式計(jì)算成果選取氣缸依照SMC氣缸選型手冊(cè)選取CDM2HL25F-75AJC73如圖3.2.4氣缸安裝構(gòu)造選取依照安裝條件位置、構(gòu)造和工作規(guī)定等，從《SMC選型氣缸》中選取腳座安裝。第四章伸縮氣缸計(jì)算選型4.1伸縮氣缸設(shè)計(jì)4.1.1依照課題設(shè)計(jì)規(guī)定，結(jié)合末端執(zhí)行器尺寸構(gòu)造，采用單活塞雙作用氣缸，初步擬定氣缸內(nèi)徑為。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，可求得活塞桿直徑d=（0.2~0.3）=8~12mm.因此由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圓整后活塞桿直徑d取14mm。由公式=式中————表達(dá)活塞桿拉力N—————表達(dá)活塞桿推力，ND——————表達(dá)活塞直徑，mmd——————表達(dá)活塞桿直徑，mmP——————表達(dá)氣缸工作阻力，得=502.4N==487.01N4.1.2缸筒壁厚和外徑設(shè)計(jì)由于缸筒筒璧直接承受壓力，必要需要一定厚度，由于普通狀況下依照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比不大于或等于1:10，因此氣缸壁厚可按薄壁缸公式來(lái)計(jì)算。其中——————表達(dá)缸筒壁厚，mmD——————表達(dá)氣缸內(nèi)徑，mm——————?dú)飧讓?shí)驗(yàn)壓力，取1.5MPa[]——————表達(dá)缸筒材料許用壓力缸筒材料采用HT200其中[]=30MPa。==0.4mm其中取=2mmm則缸筒外徑為=44mm4.1.3為了盡量擴(kuò)大工作范疇，伸縮距離應(yīng)盡量擴(kuò)大即s=200mm4.2搬運(yùn)機(jī)械手伸縮氣缸校核：4.2.1活塞桿穩(wěn)定性校核計(jì)算依照設(shè)計(jì)手冊(cè)公式可知當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度L10d時(shí)，因此要校核桿穩(wěn)定性。氣缸承受軸向負(fù)載當(dāng)達(dá)到極限值后來(lái)，雖然有很小干擾力便會(huì)使桿產(chǎn)生彎曲變形，從而導(dǎo)致氣缸不能進(jìn)行正常工作。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷可知活塞桿穩(wěn)定性條件如下。其中式中————表達(dá)氣缸承受軸向負(fù)載，N————表達(dá)氣缸壓桿穩(wěn)定極限力，N————表達(dá)氣缸壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，普通取=2~6由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》氣缸壓桿穩(wěn)定極限力與缸安裝形式活塞桿直徑及行程關(guān)于。長(zhǎng)細(xì)桿比時(shí)長(zhǎng)細(xì)比時(shí)=其中式中L————表達(dá)活塞桿計(jì)算系數(shù)mK————表達(dá)活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑實(shí)心桿K==I————表達(dá)活塞桿斷面慣性矩實(shí)心桿I=A————表達(dá)活塞桿截面積m————表達(dá)系數(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷E————表達(dá)材料彈性模量，對(duì)剛?cè)=2.110^11Paf————表達(dá)材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)剛?cè)=4910^7Pa————系數(shù)，對(duì)剛?cè)〔椤懂?dāng)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)》可知安裝方式為固定—固定形式故取m=，將數(shù)值代入上式得實(shí)心桿得。K=由于因此因此==4由上式計(jì)算知，因此活塞桿直徑取d=14mm時(shí)細(xì)桿穩(wěn)定。4.3原則氣缸選取依照上式計(jì)算成果，可依照SMC氣缸選型手冊(cè)選取原則氣缸，因此伸縮氣缸選取CDM2HL40F-2004.3.1氣缸安裝構(gòu)造選取依照安裝條件位置、構(gòu)造和工作規(guī)定等，從《SMC選型氣缸》中選取腳座安裝。第五章擺動(dòng)氣缸計(jì)算選型5.1擺動(dòng)氣缸計(jì)算和選型由擺動(dòng)氣缸所受力矩預(yù)選缸有效輸出力矩。則有效輸出力矩=其中式中M————表達(dá)擺動(dòng)氣缸承受實(shí)際力矩，N.m————表達(dá)負(fù)載率負(fù)載性質(zhì)負(fù)載率靜負(fù)載0.9動(dòng)負(fù)載——慣性負(fù)載靜負(fù)載是指擺動(dòng)氣缸施加在靜止工件上靜力矩M。M=FL其中式中F————表達(dá)外力，NL————表達(dá)外力臂，m由外伸縮缸行程加其他行程距離L300mm，工件加手抓、氣缸和零部件質(zhì)量約為m3kg。因此F=39.829N因此M=FL=290。3=8.7N.m===9.66N.m因此依照《擺動(dòng)氣缸選型手冊(cè)》擺動(dòng)氣缸選為CDRB1BW50-90SE-73慣性負(fù)載是指擺動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)工件作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)所需要擺動(dòng)力矩。M=J其中式中M————表達(dá)擺動(dòng)力矩，N.mJ———表達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，負(fù)載難于回轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)負(fù)載難于停止限度，kg.?！磉_(dá)負(fù)載平均回轉(zhuǎn)角加速度，J=m=其中式中m————表達(dá)回轉(zhuǎn)負(fù)載質(zhì)量，kgr————表達(dá)最大負(fù)載回轉(zhuǎn)半徑，m————表達(dá)擺動(dòng)角度，()°t————表達(dá)擺動(dòng)時(shí)間，s畢業(yè)設(shè)計(jì)t普通取1s，取90°、m=3kg、r300mm因此===3.14J=m=3×0.3^2=0.27kg.因此M=J=0.27×3.14=0.8478N.m依照上式計(jì)算在《SMC擺動(dòng)氣缸選型手冊(cè)》可選CDRAIBWHU50-90A53。如圖第六章搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)方案6.1搬運(yùn)機(jī)械手氣壓控制考慮到機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)樸、維護(hù)以便性以及性能可靠性穩(wěn)定性規(guī)定，本課因此一方面采用氣壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方案。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)工作對(duì)象為1公斤工件，因此需要夾緊力較小，相相應(yīng)夾緊機(jī)構(gòu)原件尺寸和質(zhì)量都較小。氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)械手。因此其重要特是：介質(zhì)來(lái)源極以便取之不盡用之不竭，即不污染環(huán)境且工作可靠，氣動(dòng)動(dòng)作迅速精確、構(gòu)造簡(jiǎn)樸、成本低廉、操作維修以便。但是由于空氣具備可壓縮特性，機(jī)械手工作速度穩(wěn)定性較差，并且氣源壓力普通較低，抓重普通在30公斤如下，氣壓傳動(dòng)控制合用于高速，輕載，高溫、低溫和粉塵大惡劣環(huán)境中進(jìn)行工作。除以上氣壓傳動(dòng)尚有許多其她長(zhǎng)處。例如1氣壓缸動(dòng)作速度范疇可達(dá)50~500mm/s，高速可達(dá)3m/s，最高速幾乎可達(dá)20m/s左右。氣壓傳動(dòng)比液壓傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)速度快多，通過(guò)氣壓傳動(dòng)原件可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且可以隨意控制工作位置。2氣壓可靠性較高，實(shí)用壽命相對(duì)也較長(zhǎng)3運(yùn)用空氣可壓縮性和取之不盡用之不竭特點(diǎn)，可儲(chǔ)存能量集中供氣對(duì)工件進(jìn)行操作搬運(yùn)等。4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)樸經(jīng)濟(jì)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，有一定安裝自由度。綜上一系列優(yōu)缺陷，本畢業(yè)設(shè)計(jì)將采用氣壓傳動(dòng)方案。動(dòng)作規(guī)定四個(gè)氣壓缸完畢氣壓控制系統(tǒng)，一種擺動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一種水平伸縮缸實(shí)現(xiàn)機(jī)械手工進(jìn)與收縮，一種豎直氣缸實(shí)現(xiàn)機(jī)械手上下運(yùn)動(dòng)，尚有一種夾緊缸用于夾緊工件。氣壓回路壓力普通取原則值0.4千帕。啟動(dòng)原理圖圖如下圖。氣動(dòng)原理圖第七章ＰＬＣ控制系統(tǒng)方案擬定7.1PLC可編程控制器概述由于任何機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)是其自身重要構(gòu)成某些。在其某種意義上講，控制系統(tǒng)起著控制指引作用與人腦有相似作用。搬運(yùn)機(jī)械手手部、臂部等動(dòng)作以及有關(guān)機(jī)械某些協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完畢。重要控制內(nèi)容有動(dòng)作順序控制，動(dòng)作位置控制與途徑、動(dòng)作時(shí)間控制。當(dāng)代某些當(dāng)代化機(jī)械手已經(jīng)代替人完畢某些特定操作。當(dāng)今各種控制方式有各種各樣。搬運(yùn)機(jī)械手程序控制方式可分為兩大類，涉及固定程序控制方式和可變程序控制方式。該課題所用是固定程序控制類別機(jī)械式控制系統(tǒng)。本課題氣動(dòng)控制系統(tǒng)為直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化里不開(kāi)控制系統(tǒng)，本課題采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)氣壓系統(tǒng)控制，電磁閥實(shí)現(xiàn)控制規(guī)定輸出?？刂葡到y(tǒng)詳見(jiàn)控制系統(tǒng)詳細(xì)闡述。7.2PLC構(gòu)成及工作原理可編程邏輯控制器它是當(dāng)今在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用最為廣泛最為重要數(shù)字操作電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器存顧客設(shè)計(jì)編制程序指令，這些編輯程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定期、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)控制各種各樣機(jī)電一體化產(chǎn)品，編輯程序可變、具備抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠性高、性能強(qiáng)大、體積不大、相對(duì)耗電低，特別易于購(gòu)買、價(jià)格便宜等等優(yōu)良特點(diǎn)，具備廣泛發(fā)展應(yīng)用前景。以上種種PLC這些特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足當(dāng)今工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械機(jī)械手規(guī)定。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手流程圖如下圖所示。7.2.1PLC手臂原點(diǎn)手臂原點(diǎn)氣爪夾緊下降手臂上升手臂左旋手臂停止手臂右旋手臂上升氣爪松開(kāi)下降低位手臂延時(shí)高位低位PLC構(gòu)成及工作原理延時(shí)高位左位左位啟動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)路線7.4PLC可編程控制器選取7.4.1PLC選取要按如下方式進(jìn)行選?。?）一方面要對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)估算依照以上機(jī)械手分析成果