基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計

1、論文基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計申請人： 劉雪鋒學(xué)科（專業(yè)）：機(jī)械工程及自動化指導(dǎo)教師：古玉鋒 2019年8月目錄網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文) 任 務(wù) 書專業(yè)班級機(jī)械工程及自動化1703層次 專升本 姓名劉雪鋒 學(xué)號117031603130837 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作自 2019 年 5 月27日起至 2019 年9月26日止三、畢業(yè)設(shè)計（論文）基本要求：1. 對選題進(jìn)行課題調(diào)研。學(xué)生接到畢業(yè)論文的任務(wù)后，必須認(rèn)真了解課題要求，了解課題所涉及的理論、現(xiàn)狀、問題等方面的實(shí)際情況，搜集有關(guān)數(shù)據(jù)、圖標(biāo)及文獻(xiàn)資料。2. 立論客觀，論點(diǎn)新穎

2、，具有實(shí)踐性。要結(jié)合專業(yè)、結(jié)合本單位實(shí)際、結(jié)合社會實(shí)際選題。并通過獨(dú)立研究，提出自己一定的認(rèn)識和看法。論文強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，能解決實(shí)際問題，對具體問題有自己獨(dú)立的思考。3. 論據(jù)充分，資料詳實(shí)，論證有力，說服力較強(qiáng)。論文必須能夠旁征博引，多方佐證。為了證明論點(diǎn)，要搜集足夠多的資料，論文中所運(yùn)用的資料應(yīng)該做到言必有據(jù)，準(zhǔn)確可靠，精確無誤。4. 論證嚴(yán)密，富有邏輯性。論文應(yīng)提出問題，分析問題和解決問題，全篇論文必須是一個有機(jī)的整體。論點(diǎn)要言之成理，前后相互呼應(yīng)。5. 形式明確，標(biāo)注規(guī)范。論文必須以論點(diǎn)為核心構(gòu)成全文的結(jié)構(gòu)格局，在格式上要規(guī)范得體，在引注的運(yùn)用上要講究學(xué)術(shù)規(guī)范。6. 語言準(zhǔn)確，表達(dá)簡明。論

3、文語言文字上力求準(zhǔn)確，并且要注意深入淺出，言簡意賅。 指導(dǎo)教師：古玉鋒 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)考核評議書指導(dǎo)教師評語：建議成績： 指導(dǎo)教師簽名：古玉鋒 2019年9月6日答辯小組意見：負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日答辯小組成員 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見： 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日III摘要論文題目：基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計學(xué)科（專業(yè)）：機(jī)械工程及自動化申請人：劉雪鋒指導(dǎo)教師：古玉鋒摘 要摘要本末倒置 隨著社會的不斷進(jìn)步，科技水平的不斷發(fā)展，人們對時間的需求越來越大，所以在大規(guī)模的制造業(yè)中，通過人力來進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)，已經(jīng)不足以支撐企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)了，所以為了提高工作效率，同時也為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，

4、必須盡快實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化，這樣一來，生產(chǎn)過程能不能自動化，已經(jīng)成為了當(dāng)前需要關(guān)注的首要問題。隨著人力勞動的減少，工業(yè)機(jī)器人代替其站在了自動化生產(chǎn)線上，并且已經(jīng)受到了多個企業(yè)的認(rèn)可與采用。我們可以看出，在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的制造時，技術(shù)水平以及機(jī)器人成功后的應(yīng)用頻率，和國家工業(yè)自動化水平的高低，呈正相關(guān)趨勢。在一些高溫、高壓等人類無法工作的特殊環(huán)境下，工業(yè)機(jī)器人就發(fā)揮了自己的作用，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，替人類克服那些在特殊環(huán)境下，無法完成的困難，同時解放人類的雙手，進(jìn)一步提高勞動生產(chǎn)率?，F(xiàn)階段，工業(yè)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)的工作是，像噴繪、焊接、搬運(yùn)這樣要么重復(fù)性強(qiáng)，要么工作難度高的工作，并且在進(jìn)行工作以前，

5、還需要操作人員進(jìn)行示教。刪減至3行內(nèi)本文所設(shè)計的機(jī)械手主要是用來運(yùn)輸物料，通過對于機(jī)械手設(shè)計的目的以及任務(wù)進(jìn)行分析，對于機(jī)械手手部形式、手臂、液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。對于機(jī)械手控制采用了PLC為核心擴(kuò)展至300字以上！。關(guān) 鍵 詞：控制系統(tǒng)；計算機(jī)輔助；機(jī)械手論文類型：應(yīng)用研究目錄目 錄1緒論11.1研究背景11.2研究意義11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.4研究內(nèi)容以及研究方法21.4.1研究內(nèi)容21.4.2研究方法22機(jī)械手設(shè)計方案的總體設(shè)計32.1設(shè)計的目的和任務(wù)32.3機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)形式的選擇42.3.1機(jī)械手的組成42.3.2機(jī)械手的自由度及坐標(biāo)形式42.3.3機(jī)械手的動作順序52.4手部形式的

6、設(shè)計52.4.1概述52.4.2手部的結(jié)構(gòu)62.5機(jī)械手臂的設(shè)計72.5.1概述72.5.2伸縮夾緊缸的選取72.5.3升降缸的選取82.5.4回轉(zhuǎn)缸的選用82.5.5精度83機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計93.1概述93.2 元器件各種性能的選擇103.2.1流量的計算103.2.2工作壓力的計算114 控制系統(tǒng)的設(shè)計124.1 概述124.2 梯形圖以及程序的編制134.2.1動作的順序與控制134.2.2梯形圖的編制13結(jié) 論16致 謝17參考文獻(xiàn)18附件：19網(wǎng)絡(luò)學(xué)院畢業(yè)論文獨(dú)創(chuàng)性聲明19畢業(yè)論文知識產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明19 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文1緒論1.1研究背景人工成本的不斷上升，機(jī)器代替人工

7、已經(jīng)成為很多公 司轉(zhuǎn)型升級的主要手段。應(yīng)用自動化生產(chǎn)線以搬運(yùn)機(jī)械手 代替人工完成物料運(yùn)輸，與人工相比，它具有能夠按照一 定節(jié)拍精確穩(wěn)定地不間斷地重復(fù)完成一項工作、能夠運(yùn)輸 人工無法運(yùn)輸?shù)妮^重物料，并能有效避免惡劣工作環(huán)境下 人工作業(yè)可能帶來的人身傷害，已是制造生產(chǎn)工業(yè)實(shí)現(xiàn)自 動化生產(chǎn)的必然選擇，被廣泛應(yīng)用。以往人工上料過程 中，人的重復(fù)勞動不僅給人帶來乏味勞累，而且作業(yè)效率 不高。近年來，隨著電子技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)器人已 經(jīng)逐步應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域，幫助人們完成了一些難度比較高 以及枯燥的工作，極大地降低了勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提高了 生產(chǎn)效率，同時在需要精確定位的工位中需借助機(jī)械結(jié) 構(gòu)進(jìn)行二次定位。

8、因此，本文研究設(shè)計機(jī)械手， 減少工人操作，提高作業(yè)效率與產(chǎn)品定位精度。1.2研究意義自動化生產(chǎn)線不僅能提高生產(chǎn)效率，同時也能提高企 業(yè)的制造水平與企業(yè)形象。本文所提到的自動化上料機(jī)械 手不僅能提高生產(chǎn)效率，同時降低的能源損耗，已經(jīng)在終 端用戶的實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。其高精度、高效率、低能耗等 特點(diǎn)得到終端客戶的認(rèn)可。本文所設(shè)計的機(jī)械手能夠提高員工的工作的效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)的成本，具有一定的實(shí)踐的意義。通過也為PLC控制的機(jī)械手設(shè)計提供一定的理論的借鑒。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國際工業(yè)機(jī)器人已擁有了相對成熟的技術(shù)水平，形成了一批技術(shù)力量雄厚、市場占有率較高的國際機(jī)器人。日本是擁有該領(lǐng)域最強(qiáng)技術(shù)的國

9、家之一，國際知名公司有FANUC,Anclman和MOTOMA等。除此之外，德國和瑞典也有一些著名的機(jī)器人公司，像KUKA和ABB等1。日本機(jī)器人的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展十分迅速。日本機(jī)器人剛起步時,通過購買國外相關(guān)研究成果而建立基礎(chǔ)。像川崎重工集團(tuán)購買了美國Unimation公司的相關(guān)研究和制造專利。但日本科學(xué)家并不局限于研究購買專利，而是對機(jī)器人進(jìn)行了越來越深入的研究2。在短短兩年時間里，他們自主研發(fā)生產(chǎn)自己的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)專有的機(jī)器人。關(guān)于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，日本己經(jīng)建立了機(jī)器人協(xié)會，采取各種措施，鼓勵使用機(jī)器人。結(jié)果，日本的機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器人的數(shù)量已超過美國，成為“機(jī)器人王國”。許多公

10、司都有能力開發(fā)和生成機(jī)器人，比如川崎，三菱和豐田索尼這些汽車企業(yè)，又比如雅馬哈和其他電子公司。從1970開始，中國機(jī)械手的發(fā)展起步，比國外發(fā)達(dá)國家晚了近30年。到了80年代，國內(nèi)政府己經(jīng)受到越來越多的關(guān)注機(jī)器人的研究。在第七個五年計劃期間，開發(fā)了許多工業(yè)機(jī)器人，如沈陽工業(yè)大學(xué)開發(fā)的裝卸機(jī)器人。近年來，許多公司和企業(yè)也紛紛加入了機(jī)器人的研究工作中。企業(yè)與大學(xué)聯(lián)合研發(fā)工業(yè)機(jī)器人的合作也逐漸密切，這在一定程度上取得了顯著的良好效果。例如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)先后開發(fā)了奇瑞汽車有限公司和西安北村精密數(shù)控加工開發(fā)的點(diǎn)焊機(jī)器人;弧焊機(jī)器人由東南大學(xué)和昆山華恒聯(lián)合開發(fā)，所有這些都為機(jī)器人研究的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)3。高

11、校是研究機(jī)器人的重要力量。近些年來，學(xué)校自己的獨(dú)立研究也有一些顯著的成果涌出。例如南京工業(yè)大學(xué)。該大學(xué)開發(fā)的自動機(jī)器人是一個氣動自動化機(jī)械手系統(tǒng)，由多個不同的子系統(tǒng)組成，也可以實(shí)現(xiàn)從成品加工到物流存儲的全過程的自動化運(yùn)輸和裝卸4;另一個創(chuàng)新的特征是機(jī)器人使用氣體驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)貨物處理和機(jī)械手周轉(zhuǎn)的效果。該氣動機(jī)械手能模仿人體關(guān)節(jié)的特征，通過手，手腕，手臂和腰部的關(guān)節(jié)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)物品的運(yùn)動、周轉(zhuǎn)和抓握。浙江大學(xué)也是較一旱一批進(jìn)行機(jī)械手研究的高校。其自主研發(fā)的機(jī)械手具有其高精度和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，如氣動書法機(jī)器人的出現(xiàn)。雖然機(jī)械手的空間和抓地力不能應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用，但它的出現(xiàn)為機(jī)器人的研究奠定了技術(shù)基礎(chǔ)5?？?/p>

12、的來說，我國機(jī)械手的研究水平和成就與國外相比還存在一定差距，但就我國機(jī)器人發(fā)展的時間而言，目前的制造技術(shù)水平己有了很大提高。隨著未來科學(xué)技術(shù)水平的與日俱增，機(jī)械手研究的發(fā)展必然會到達(dá)新的高度。1.4研究內(nèi)容以及研究方法1.4.1研究內(nèi)容本文的研究主要內(nèi)容包括以下四部分：第一部分：對于本文的研究背景和研究意義進(jìn)行分析，為本文的研究指明了研究的方向。第二部分：介紹了機(jī)械手設(shè)計的方案。第三部分：對于機(jī)械手液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。第四部分：對于機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。1.4.2研究方法本文采用文獻(xiàn)研究的方法，對于該課題進(jìn)行了相關(guān)的研究。2機(jī)械手設(shè)計方案的總體設(shè)計2.1設(shè)計的目的和任務(wù)當(dāng)前機(jī)械生產(chǎn)的重中之重，

13、就是大力投入科研，提高我國的科技技術(shù)，早日實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化”、“自動化”。因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)只有實(shí)現(xiàn)了自動化，才能提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和對設(shè)備的利用率，同時也可以充分保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少人工勞動力，改善工人的工作條件，降低生產(chǎn)成本。所以說，我國今后工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，就是機(jī)械化與自動化。筆者基于水平分模平鍛機(jī)，完成了此次機(jī)械手的設(shè)計。水平分模平鍛機(jī)作為一種新型結(jié)構(gòu)，是以垂直分模平鍛機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。水平分模平鍛機(jī)生產(chǎn)率高，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作容易，并且占地面積小，機(jī)械化和自動化屬性較強(qiáng)，它可以加工長棒料和由棒料剪成的定長坯料，具有很廣的工藝用途，在鍛造生產(chǎn)中，是不可忽視的重要機(jī)械設(shè)備，且廣泛應(yīng)用于

14、進(jìn)行車輛制造的各個工業(yè)部門。此次設(shè)計的自動上料機(jī)械，主要以鍛造自動化為基礎(chǔ)。通過對它的應(yīng)用，可以代替人力勞動，且降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，消除人工操作的誤差，提高經(jīng)濟(jì)效益6。通過用液壓缸來進(jìn)行機(jī)械手的驅(qū)動，可以使工件的定位，更加精準(zhǔn)。并且機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行工作的時候，不產(chǎn)生噪音，低能耗，壽命周期長，不僅符合現(xiàn)代生產(chǎn)需求，還迎合了保護(hù)環(huán)境的理念。2.2機(jī)械手的設(shè)計參數(shù)基本要求：抓重為40KG、抓取工件直徑為240mm、工作頻率3次/分鐘。筆者一共給鍛壓機(jī)自動上料機(jī)械手設(shè)計了以下九個步驟，為上料流程：1、伸長；2、夾緊；3、升高；4、旋轉(zhuǎn)；5、松手；6、回縮；7、降低；8、回轉(zhuǎn)；9、等待循環(huán)。行程的

15、選用為：表2-1機(jī)械手的設(shè)計參數(shù)夾緊距離50mm0.4s0.8s伸縮距離300mm2s4s升降距離300mm2s4s擺動角度1001s4s注：各段時間可以 規(guī)定時間 20s 2.3機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)形式的選擇2.3.1機(jī)械手的組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)：手爪是夾持工件的一個組成部分，其主要是仿造人類的雙手進(jìn)行制造，它的有像手一樣夾緊和松開的功能。我們通過手腕進(jìn)行手爪和手臂的連接，手腕通過對手抓的控制，然后對工件可以進(jìn)行空間位置的挪動。手腕主要有以下三個運(yùn)動：一、俯仰；二、左右擺動；三、繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。像被夾持工件、手爪、手腕，都依靠手臂進(jìn)行支撐固定，手臂可以按照一定的運(yùn)動軌跡，進(jìn)行工件的搬運(yùn)。手臂可以進(jìn)行以下幾

16、種運(yùn)動：一、進(jìn)行前后伸縮運(yùn)動；二、臂部可以上下抬放；三、臂部關(guān)節(jié)可以左右回轉(zhuǎn)；四、進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擺動。手臂通過立柱支撐，一般情況下，立柱是不可動的，但是有時候?yàn)榱斯ぷ餍枰覀儾捎靡苿邮搅⒅?。行走機(jī)構(gòu)，機(jī)械手在進(jìn)行遠(yuǎn)距離的操作時，如果機(jī)臂不夠長，這一動作無法完成，我們可以通過增加行走機(jī)構(gòu)，進(jìn)行輔助完成。本文在進(jìn)行鍛壓機(jī)自動上料機(jī)械手的設(shè)計時，選用了夾持手爪，立柱是固定的，可進(jìn)行手臂運(yùn)動，沒有手腕和行走機(jī)構(gòu)。2.3.2機(jī)械手的自由度及坐標(biāo)形式所謂機(jī)械手的自由度，就是指機(jī)械手的整個機(jī)體、手腕及手臂，可以在一定的領(lǐng)域范圍，進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動。一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)良，對工件的位置可以精準(zhǔn)定位的機(jī)械手，它的整個機(jī)體已經(jīng)手

17、臂、手腕的運(yùn)動都是非常靈活的，它的控制系統(tǒng)也相對嚴(yán)格，應(yīng)用范圍的廣泛更是與其形成正相關(guān)。此次筆者，設(shè)計的鍛壓機(jī)自動上料機(jī)械手，一共有伸縮夾緊、升降和手臂的回轉(zhuǎn)這三個自由度7。我們可以根據(jù)手臂具有的運(yùn)動自由度和組合的形狀，來進(jìn)行機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動有什么關(guān)系的研究探討，我們據(jù)此可以把機(jī)械手劃分為四種坐標(biāo)形式：一、直角坐標(biāo)型；二、圓柱坐標(biāo)型；三、球坐標(biāo)型；四、多關(guān)節(jié)型8。（1）直角坐標(biāo)式手臂可以圍繞直角坐標(biāo)系做前后伸縮、上下升降和左右移動這三種直線移動。（圖1所示）（2）圓柱坐標(biāo)式手臂可做水平內(nèi)擺動動作，如：前后伸縮、上下升降。（3）極坐標(biāo)式手臂可做以下三個動作：一、進(jìn)行前后的伸縮運(yùn)動；二、可進(jìn)行上

18、下的抬放；三、能夠左右擺動。（4）多關(guān)節(jié)式手臂由大臂和小臂兩部分組成，肘關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，大臂和立柱共同組成肩關(guān)節(jié)，如果手腕可與小臂構(gòu)成腕關(guān)節(jié)，那么關(guān)節(jié)式機(jī)械手就跟人的手臂非常相似了，動作也可以基本仿照而成。（圖2-1所示）圖2-1關(guān)節(jié)式機(jī)械手我們選用圓柱坐標(biāo)式手臂，作為本次設(shè)計的鍛壓機(jī)自動上料機(jī)械手的手臂。因?yàn)榇耸直壅嫉孛娣e小，工作范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，符合本次設(shè)計的設(shè)計理念。2.3.3機(jī)械手的動作順序以下九個步驟為鍛壓機(jī)自動上料機(jī)械手動作的一個循環(huán)，一共分為以下幾個步驟：1、伸長；2、夾緊；3、升高；4、旋轉(zhuǎn)；5、松手；6、回縮；7、降低；8、回轉(zhuǎn)；9、等待循環(huán)。圖2-2機(jī)械手工作簡圖2.4手部形式的

19、設(shè)計2.4.1概述手指是機(jī)械手最關(guān)鍵的部件了，一個機(jī)械手性能好不好，全靠手指是不是可以靈活準(zhǔn)確且快速牢固的抓住工件來決定。手爪是安裝在手臂的前端的，由于在進(jìn)行工件抓取的時候，手臂不僅要承受工件的重量，還有承受手爪的重量，所以手札一定要滿足體積小、重量輕，以便于保證機(jī)械手在進(jìn)行工作時減少振動，精準(zhǔn)定位9。2.4.2手部的結(jié)構(gòu)我們可以根據(jù)機(jī)械手的手指抓取工件的方式，將其分為夾鉗式和吸盤式。其中，最常見的就是兩指式的夾鉗式手指，特殊工作時，也會需要三指式的。手指夾持工件的方式分為外卡式，內(nèi)卡式兩種形式。夾鉗式手指主要適用于具有一定形狀和高度的工件，一般不用其抓取平板件。平板狀的工件，主要由吸盤式手指

20、抓取，必要情況下采用電磁吸盤吸取磁性材料10。此次設(shè)計，我們主要進(jìn)行夾取的工件，主要就是棒料，兩指夾鉗式手指對此類工件進(jìn)行夾取最為擅長，所以我們進(jìn)行機(jī)械手的選用時，選用，兩指夾鉗式手指。其包括滑槽杠桿式、連桿杠桿式等很多種類，所以依照此次設(shè)計的需要，我們選擇結(jié)構(gòu)簡單，抓力強(qiáng)的滑槽杠桿式手指。由于本次設(shè)計，我們并沒有手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以只采用一個伸縮缸，就可以完成伸縮、夾緊，這樣一來不僅去掉了夾緊缸的重量，還縮小了機(jī)械的整體體積，簡化了結(jié)構(gòu)，使其便于操作，滿足設(shè)計需求。（其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示）圖2-3機(jī)械手指這部分設(shè)計，主要運(yùn)用了以下工作原理：加導(dǎo)桿在夾緊缸，利用擋鐵制定300的行程，加兩個彈簧在

21、手部方面。由于導(dǎo)桿的摩擦力有2kgf，彈簧所具有的力，必須大于摩擦力，所以彈簧預(yù)緊力，我們給它調(diào)整到10kgf，并且手部連接件連導(dǎo)桿端、手部連桿連活塞桿頭，連接件和連桿用彈簧連接，這樣一來活塞桿就可以在伸長的時候，帶動連桿前行。夾緊和回程工作都依靠活塞桿和擋鐵進(jìn)行。2.4.3手部夾緊力的的計算如圖6所示， N與P的公式為（2-1）： 如圖 （2-1）其中N：手指加緊力P：活塞桿上的驅(qū)動力a：手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離b:手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到鉗口中心線的垂直距離同時根據(jù)公式(2-1)，我們可以演算出公式(2-2)： （2-2） 2.5機(jī)械手臂的設(shè)計2.5.1概述手臂不僅可以通過運(yùn)動來進(jìn)行工件的

22、傳運(yùn)，還是支撐手爪和手腕的重要部件，所以說手臂是機(jī)械手的重要組成部分，并且手臂的運(yùn)動形式，決定了手爪可以夠取多遠(yuǎn)距離的工件。所以機(jī)械手的工作性能，和手臂結(jié)構(gòu)是否堅定、承載能力是否優(yōu)良、位置精度是否準(zhǔn)確，呈正相關(guān)。手臂部件由以下幾部分組成：（1）動作元件 啟動手臂運(yùn)動，主要依靠于動作元件，動作元件包括回轉(zhuǎn)缸、液壓馬達(dá)、直線油缸等。我們這次設(shè)計，就選用了直線油缸和回轉(zhuǎn)缸。（2）導(dǎo)向裝置 由于在進(jìn)行作業(yè)的時候，手爪容易晃動，所以為了保證手爪可以減少晃動準(zhǔn)確定位，以及動作元件可以減少彎曲力，在手部需要設(shè)置導(dǎo)向裝置。此次設(shè)計，我們把導(dǎo)向裝置安裝在了伸縮夾緊缸上。（3）手臂 不管是導(dǎo)向裝置，還是其他裝置都

23、需要起到支撐連接機(jī)械，和承受外力的作用，所以它們都要安裝在手臂上。2.5.2伸縮夾緊缸的選取通過上面的描述，我們已經(jīng)知道了，夾緊缸所需要9408N的夾緊力，并且通過查表可得，這個力量用最小的缸就可以達(dá)到，可是工件的重量基數(shù)是非常大的，所以為了避免缸承受不了彎曲力，我們盡量選用大一點(diǎn)兒的油缸。（參數(shù)見圖a）。同時我們在受力方向加了一個導(dǎo)桿，在在缸底加了一個48kg的配重件，配重件的主要作用就是可以使機(jī)械手的質(zhì)量中心穩(wěn)定在缸頭附近，以便于順利完成作業(yè)。 表2-2伸縮夾緊缸設(shè)計參數(shù)參數(shù)數(shù)值缸徑50mm桿徑25mm行程330mm工作壓力6.3MPa2.5.3升降缸的選取我們通過數(shù)據(jù)分析處理，可以得出缸

24、和手部都可以再加一些部件來進(jìn)行機(jī)械的穩(wěn)定，我們可以知道桿可以承受的最大質(zhì)量為170，所以此次設(shè)計的油缸參數(shù)如下圖： 表2-3升降缸的設(shè)計參數(shù)參數(shù)數(shù)值缸徑100mm桿徑50mm行程300mm工作壓力6.3MPa注：在此基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)行了增加兩個導(dǎo)桿的設(shè)計。2.5.4回轉(zhuǎn)缸的選用由于回轉(zhuǎn)擺角的角度為100，所以選用BM型雙葉片型回轉(zhuǎn)油缸（缸徑45、軸徑20）。2.5.5精度此次設(shè)計的機(jī)械手在水平分模平鍛機(jī)上進(jìn)行工作時，鍛壓機(jī)進(jìn)行作業(yè)的工件，是直接在模具上拿取的，所以不能很好的保證產(chǎn)品的精準(zhǔn)性，這個時候就需要用到液壓缸，并且用液壓缸代替定位裝置。3機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1概述機(jī)械手進(jìn)行驅(qū)動的方式多種

25、多樣，例如：機(jī)械驅(qū)動；液壓驅(qū)動；電動機(jī)驅(qū)動；氣壓驅(qū)動。并且可以根據(jù)工作需要，選擇只用一種或者用多種方式驅(qū)動。驅(qū)動方式可以的選擇多種多樣，機(jī)械手可以抓重多少、自由度的多少、運(yùn)動的快慢都可以成為依據(jù)。為了使驅(qū)動方式可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)利用，我們可以注意以下幾點(diǎn)：（1）如果運(yùn)動速度高、運(yùn)動自由度也少，就采用機(jī)械驅(qū)動。既方便維修，還可以和主機(jī)同步。（2）氣壓驅(qū)動適用于運(yùn)動速度快，運(yùn)動自由度多的情況。既可以快速啟動，又低能耗。（3）液壓驅(qū)動適用于負(fù)載種，但是運(yùn)動自由度多的情況。（4）氣壓驅(qū)動可以在任何環(huán)境里工作，所以氣壓驅(qū)動可以讓機(jī)械手在惡劣環(huán)境下依然正常工作。（5）如果定位點(diǎn)多且運(yùn)動軌跡復(fù)雜，我們就采用液壓伺

26、服或電器伺服系統(tǒng)驅(qū)動。此次使用液壓系統(tǒng)來進(jìn)行對機(jī)械手的驅(qū)動，可以滿足機(jī)械對壓力流量的控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡的控制，并且占地面積小，反應(yīng)靈敏，耐振動，方面后期維修。液壓驅(qū)動系統(tǒng)的計算在機(jī)械部分的設(shè)計之后，所以在進(jìn)行計算之前，必須了解整個液壓系統(tǒng)。由表3-1液壓系統(tǒng)圖所示：表3-1液壓系統(tǒng)表1Y帶電伸縮加緊缸伸長2Y帶電伸縮加緊缸縮回3Y帶電升降缸升起4Y帶電升降缸降落5Y帶電回轉(zhuǎn)缸開始擺動6Y帶電回轉(zhuǎn)缸開始回轉(zhuǎn)注：電磁鐵帶電的循環(huán)順序?yàn)椋?Y3Y5Y2Y4Y6Y。在控制系統(tǒng)中壓力繼電器控制缸的伸長夾緊動作和升起動作，行程開關(guān)控制其他。油泵采用雙聯(lián)泵供油模式。這樣做的主要原因是避免由于直線缸和會轉(zhuǎn)缸兩

27、缸之間的流量產(chǎn)生較大的“流量差”，使升降速度過慢，或回轉(zhuǎn)速度過快，影響產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械手工作進(jìn)行順序參考圖3-1：伸縮夾緊缸回轉(zhuǎn)缸升降缸圖3-1液壓系統(tǒng)圖3.2 元器件各種性能的選擇3.2.1流量的計算 筆者設(shè)計了雙聯(lián)油泵系統(tǒng)，為此機(jī)器的供油系統(tǒng)，所以需要對各缸所需流量進(jìn)行計算伸縮夾緊缸的流量公式: （3-1） 升降缸的流量公式為（3-2）為: （3-2）由于我們要依照一個“不能慢只能快”的原則，所以需要進(jìn)行要向多選，我們首先設(shè)定兩缸供油的油泵的流量為。根據(jù)公式（3-3），我們可以計算出回轉(zhuǎn)缸的流量： （3-3） 由于機(jī)械原則是“可快不可慢”，所以我們需要“要向多選”，我們首先設(shè)定第一個回轉(zhuǎn)缸供

28、油的泵流量為，根據(jù)公式另一個為18-10=。綜上所述，和分別為兩個泵的流量。3.2.2工作壓力的計算工作壓力主要作用于伸縮夾緊缸，所以想要知道溢流閥的調(diào)定壓力，就必須先對工作壓力進(jìn)行計算，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基數(shù)的增加。由（3-4）我們可計算出工作壓力： （3-4） 液壓缸的額定壓力預(yù)設(shè)溢流閥的調(diào)定壓力。4 控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1 概述控制系統(tǒng)可以說是機(jī)械手的半個生命，占據(jù)著重要地位，它可以調(diào)控機(jī)械手的運(yùn)動工作和協(xié)調(diào)動作。其中，動作軌跡，時間間隔，動作的循環(huán)順序等，共同構(gòu)成了控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容。機(jī)械手的控制方法各式各樣，我們大致可以列出有以下四種：（1）繼電器接觸器控制系統(tǒng)按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、繼電

29、器和接觸器這四部分，共同組成了繼電器接觸器控制系統(tǒng)。繼電器接觸器控制系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)都很簡單，容易操作，且方便后期的維修處理，并且成本低。但是它的缺點(diǎn)也十分明顯，例如：系統(tǒng)功能有限、無法進(jìn)行連續(xù)的輪廓控制，工作程序變更困難。除此之外，它服務(wù)不了工作程序多、自動化要求高的設(shè)備，所以一般情況下，只有自動化程度不高的通用機(jī)床，才對其進(jìn)行使用。（2）計算機(jī)控制系統(tǒng)通過計算機(jī)進(jìn)行控制的機(jī)械手，不僅可以解決因運(yùn)動軌跡復(fù)雜，不好操作的問題，更可以進(jìn)行精準(zhǔn)定位，但是使用計算機(jī)控制，成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他控制系統(tǒng)，并且我們當(dāng)前的技術(shù)不足以完善計算機(jī)控制系統(tǒng)，會導(dǎo)致很多功能無法進(jìn)行運(yùn)行，并且計算機(jī)控制系統(tǒng)不能在惡

30、劣的環(huán)境下進(jìn)行工作，相對利用起來，沒有那么方便。（3）單片機(jī)控制系統(tǒng)說到單片機(jī)，其實(shí)它的控制功能，和繼電器接觸器控制功能基礎(chǔ)上，增加了對高難度動作的控制，且性價比較高。單片機(jī)作為一種大眾化控制系統(tǒng)，確實(shí)優(yōu)于其他系統(tǒng)，但是它的通用性不強(qiáng)，操作起來也比較麻煩，不太適合于在工廠進(jìn)行使用。（4）可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)雖然可編程控制器的普及率，和應(yīng)用范圍，趕不上單片機(jī)，但是它們在工業(yè)領(lǐng)域的控制作用，大致相同。可編程控制器可以代替繼電器接觸器控制系統(tǒng)。所以在進(jìn)行工作的時候，它不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算。并且它的操作原理和代替繼電器接觸器控制系統(tǒng)的操作原理相差無幾，容易上手。機(jī)械手所需要控制的參數(shù)有動作時

31、間、動作程序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度。此次設(shè)計，筆者采用液壓、電氣聯(lián)合控制模式。其中，各部位動作的力和速度由液壓控制；電氣負(fù)責(zé)控制各部位動作的順序。4.2 梯形圖以及程序的編制4.2.1動作的順序與控制通過液壓系統(tǒng)圖，我們可以了解到，壓力繼電器只控制升起動作，其他動作都由行程開關(guān)進(jìn)行控制，對于動作順序，在第二章，筆者有進(jìn)行詳細(xì)的介紹。筆者以電控原理圖為基點(diǎn)，由X400X407輸入壓力繼電器及行程開關(guān)，Y430Y435輸出各電磁鐵，以此來完成對梯形圖的編制。4.2.2梯形圖的編制首先就是啟動問題，在每一次啟動的時候，都必須結(jié)束上一次動作過程，否則機(jī)械手很容易因?yàn)樯弦淮蝿幼鞯慕Y(jié)束點(diǎn)不是終點(diǎn)，而不能回到

32、初始位置，引發(fā)機(jī)器故障，為了杜絕此類事件，筆者在進(jìn)行Y430Y435的輸出控制時，采用了M300M305的六個保持繼電器。這樣一來再次啟動使，如果上一次動作未完成，機(jī)械手會首先完成上一次動作，在進(jìn)行下一輪動作的運(yùn)行。其次，我們應(yīng)該注意時間繼電器的問題，通常我們都從機(jī)器開始運(yùn)行，進(jìn)行計時，但是如果有上一次動作未完成的情況，就會出現(xiàn)計時不準(zhǔn)的情況，所以為了消滅這樣的誤差情況，我們給計時器添加了各個動作的長閉開關(guān)后再自鎖功能。受機(jī)械手動作特殊性的限制，在機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動的時候，兩個動作同時進(jìn)行很容易引發(fā)事故，所以在機(jī)械手作業(yè)的時候，是不允許兩個動作同時進(jìn)行運(yùn)行的，所以為了保證每個機(jī)器的獨(dú)立性，給機(jī)器增

33、加互鎖裝置圖4-1為程序的梯形圖：點(diǎn)動、停止計時伸長、夾緊升起旋轉(zhuǎn)松開、收回降落回轉(zhuǎn)圖4-1梯形圖我們根據(jù)對照電控原理圖來進(jìn)行對圖4-1分析。動作開始結(jié)束從沒有動作開始伸長夾緊動作一個循環(huán)的初始SQ即X403帶電升起動作SQ即X403帶電ST2即X404帶電旋轉(zhuǎn)動作ST2即X404帶電ST3即X405帶電松開收回動作ST3即X405帶電ST4即X406帶電降落動作ST4即X406帶電ST5即X407帶電回轉(zhuǎn)動作ST5即X407帶電ST1即X402帶電注：計時器的信號輸出間隔為20s，需要有自鎖功能，從一個動作也沒有開始一個循環(huán)。結(jié) 論綜上所述，我們可以得出：（1）采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動，主要有以

34、下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一、反應(yīng)靈活，并且作業(yè)時動作迅速；二、結(jié)構(gòu)簡單易懂，穩(wěn)定性強(qiáng)；三、有過載保護(hù)裝置，便于自動控制；四、可在任何環(huán)境下工作。（2）此次設(shè)計機(jī)械手選用了普通的兩指式夾鉗手指，采用這種形式能夠方便進(jìn)行手指形式的更換。（3）采用PLC進(jìn)行機(jī)械手的自動控制，跟其它控制方式來比主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一、性價比高；二、可靠性強(qiáng)；三、實(shí)用性強(qiáng)；四、容易操作；五、程序可進(jìn)行靈活改變，提高機(jī)械手的通用性。（4）根據(jù)情況需要，本次設(shè)計的機(jī)械手，也可以添加行走機(jī)構(gòu)。20致謝致 謝時光飛逝，轉(zhuǎn)眼之間就到了畢業(yè)的時間。在學(xué)校的生活馬上就要接近尾聲了，兩年半的求學(xué)經(jīng)歷過得如此之快，剛?cè)雽W(xué)時的惜懂無知仿佛還在眼前，回首過往，自己也曾體驗(yàn)了包含酸甜苦辣的青春歲月。初寫論文時的無助與茫然，這些都一遍遍地呈現(xiàn)在了我的腦海里，兩年半來的每一次經(jīng)歷與成長，都將成為我人生的寶貴財富。通過自己一步一個腳印地走來，確實(shí)看到了自己地進(jìn)步成長，這還要?dú)w功于很多人的幫助，要感謝的人有很多很多。首先，特別感謝我的導(dǎo)師。三年來，是在老師的諄諄教導(dǎo)之下，我才取得了一步步成長。剛開始邁入學(xué)校生活時，我是那樣的迷茫和束手無策，是在老師不辭勞苦地悉心指導(dǎo)下，我才撥開了迷霧，找到了前進(jìn)地目標(biāo)和方向。兩年半年間，您的滿腹才華和一絲不茍地科研精