多自由度機(jī)械手課程設(shè)計(jì)--多自由度機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 多自由度機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院： 金山學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)年級(jí)： 10機(jī)械 </p><p>　　學(xué)

2、 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2014年1月14日</p><p>　　一、總體方案設(shè)計(jì)5</p><p&

3、gt;　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)5</p><p>　　1.2 總體方案確定5</p><p>　　1.2.1機(jī)械手基本形式的選擇5</p><p>　　1.2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)5</p><p>　　1.2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇5</p><p>　　1.2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表5</p>

4、<p>　　二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算6</p><p>　　2.1 .1手部設(shè)計(jì)基本要求6</p><p>　　2.1.2 典型的手部結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算6</p><p>　　2.1.4.機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算

5、10</p><p>　　2.1.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　2.2腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　2.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求13</p><p>　　2.2.2典型的腕部結(jié)構(gòu)14</p><p>　　2.2.3 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇14</p><p>

6、;　　2.2.4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算14</p><p>　　2.3臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算17</p><p>　　2.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求17</p><p>　　2.3.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇18</p><p>　　2.3.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定20</p><p>　　2.4機(jī)身的設(shè)

7、計(jì)計(jì)算21</p><p>　　2.4.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.4.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算22</p><p>　　2.4.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算25</p><p>　　2.4.4 軸承的選擇分析27</p><p>　　三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)27</p>&l

8、t;p>　　3.1可編程序控器的簡(jiǎn)介27</p><p>　　3.2 PLC的結(jié)構(gòu)，種類和分類28</p><p>　　3.3 FX2n系列三菱PLC特點(diǎn)29</p><p>　　3.4 接近開(kāi)關(guān)傳感器30</p><p>　　3.5 I/O接口簡(jiǎn)介31</p><p>　　3.6 行程開(kāi)關(guān)的介紹31

9、</p><p>　　3.6.1 行程開(kāi)關(guān)的概念31</p><p>　　3.6.2 行程開(kāi)關(guān)的作用及原理31</p><p>　　3.7電路的總體設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.7.1回路的設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.7.2 系統(tǒng)輸入/輸出分布表33</p><p>　　3.

10、7.3機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)34</p><p>　　3.7.4 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制34</p><p>　　四、參 考 文 獻(xiàn)35</p><p><b>　　一、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>

11、　　基本要求: </b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)多自由度機(jī)械手（至少要有三個(gè)自由度）將最大重量為30Kg的工件，由車間的一條流水線搬到別一條線上；</p><p>　　二條流水線的距離為：1800mm；</p><p>　　工作節(jié)拍為：50s；</p><p>　　工件：最大直徑為200mm 的棒料；</p>

12、<p>　　1.2 總體方案確定</p><p>　　1.2.1機(jī)械手基本形式的選擇</p><p>　　常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手; ( 3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo) 。圖1.1

13、是機(jī)械手搬運(yùn)物品示意圖。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬運(yùn)到傳送帶B。圖1.1 機(jī)械手基本形式示意</p><p>　　1.2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)</p><p>　　在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有5個(gè)自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸

14、組成：（1）手部，采用一個(gè)直線液壓缸，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。（2） 腕部，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)（3）臂部，采用直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)1.2m。（4）機(jī)身，采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源

15、的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　1.2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p>　　一、用途：搬運(yùn):用于傳送帶間搬運(yùn)</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):</b&

16、gt;</p><p>　　1、抓重:30Kg (夾持式手部)</p><p>　　2、自由度數(shù):5個(gè)自由度</p><p>　　3、座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo)</p><p>　　4、最大工作半徑:1800mm</p><p>　　5、手臂最大中心高:1248mm</p><p><b>　

17、　6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　伸縮行程：1200mm</p><p>　　伸縮速度：83mm/s</p><p>　　升降行程：300mm</p><p>　　升降速度：67mm/s</p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍：0~180°</p><p><b&

18、gt;　　7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍：0~180°</p><p><b>　　二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.1 .1手部設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　?。?） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊

19、力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。</p><p>　　（2） 手指應(yīng)具有一定的張開(kāi)范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開(kāi)閉角度（手指從張開(kāi)到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度），以便于抓取工件。</p><p>　　（3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。</p><p&

20、gt;　?。?） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。</p><p>　　2.1.2 典型的手部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。</p><p>　?。?） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　?。?）平面平移型。</b></p><

21、;p>　　2.1.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1.選擇手抓的類型及夾緊裝置</p><p>　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為30Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式

22、可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。</p><p>　　通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)

23、械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開(kāi)。</p><p>　　2 .手抓的力學(xué)分析</p><p>　　下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖3.1 滑槽杠桿

24、式手部結(jié)構(gòu)、受力分析</p><p>　　1——手指 2——銷軸 3——杠桿</p><p>　　在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過(guò)銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。</p><p>　　由=0 得 </p&

25、gt;<p><b>　　=0 得</b></p><p><b>　　由=0 得h</b></p><p>　　F= （3.1）</p><p>　　式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）.</p>

26、<p>　　——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。</p><p>　　由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~。</p><p>　　3.夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。

27、一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。</p><p>　　手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： （3.2）</p><p>　　式中 ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0；</p><p>　　——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋

28、，重力方向的最大上升加速度；</p><p>　　——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度</p><p>　　——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03~0.5s</p><p>　　——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。</p><p>　　G——被抓取工件所受重力（N）。</p><p>　　表3-1 液壓缸的工作壓

29、力</p><p>　　計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=50mm,<<;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。</p><p><b>　　設(shè) </b></p><p><b>　　==1.02</b></p><p>　　根據(jù)公式，將已知條件帶入：<

30、/p><p><b>　　=1.5</b></p><p>　?。?）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：</p><p><b>　　=1378N</b></p><p><b>　　（3）取</b></p><p>　?。?）確定液壓缸的直徑D</p>&l

31、t;p>　　選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.8~1MPa,</p><p>　　根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm</p><p><b>　　則活塞桿內(nèi)徑為:</b></p><p>　　D=630.5=31.5mm，選取d=32mm</p><p>　　

32、4. 手抓夾持范圍計(jì)算</p><p>　　為了保證手抓張開(kāi)角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為34mm。</p><p>　　手抓夾持范圍，手指長(zhǎng)100mm,當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開(kāi)時(shí)，如圖3.2（b）所示，最</p><p>　　大夾持半徑計(jì)算如下：</p><p>　　機(jī)械手的夾持半徑從40~90mm</p

33、><p>　　圖3.2 手抓張開(kāi)示意圖</p><p>　　2.1.4.機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算</p><p>　　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。</p><p>　　機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于

34、機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、</p><p>　　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，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。</p><p>　　圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖</p><p>　　該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。</p><p>　　機(jī)械手的夾持范圍為80mm~200mm。</p>&

35、lt;p>　　一般夾持誤差不超過(guò)1mm,分析如下：</p><p><b>　　工件的平均半徑：</b></p><p><b>　　手指長(zhǎng),取V型夾角</b></p><p>　　偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：</p><p><b>　　計(jì)算 </b></p>

36、;<p><b>　　當(dāng)S時(shí)帶入有：</b></p><p>　　夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.1.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示，計(jì)算如下。</p><p>　　圖3.4 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)</p><p

37、>　　(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力</p><p>　　(2).選擇旋繞比C=8，則</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑</p><p>　　(4).試算彈簧絲直徑

38、 （3.4）</p><p>　　(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈</p><p>　　(6).最后確定，，，</p><p>　　(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算

39、</p><p>　　對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。?</p><p>　　當(dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，。</p><p>　　結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。</p><p>　　(8).疲勞

40、強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。</p><p>　　對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式： ；選取1.3~1.7（力學(xué)性精確能高） </p>

41、<p>　　結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。</p><p>　　2.2腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　?。?） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性

42、能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局</p><p>　　腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。</p><p>　　（3） 必須考慮工作條件</p><p>　　對(duì)于本設(shè)

43、計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。</p><p>　　2.2.2典型的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般

44、小于）。</p><p>　　(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。</p><p>　　(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。</p><p>　　(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2

45、.2.3 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.2.4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1. 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)</p><p>　　夾取工件重量30Kg，回轉(zhuǎn)。</p><p

46、>　　2. 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩。</p><p>　　腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。</p><p>　　夾取棒料直徑100mm，長(zhǎng)度1000mm，重量30Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算 力矩：</p><p>　?。?） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑1

47、20mm，其重力估算G=3.14</p><p><b>　　擦力矩。</b></p><p>　　啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有：</p><p><b&

48、gt;　　代入： </b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　3. 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　表4-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm）</p><p>　　設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表4-1設(shè)缸體內(nèi)空半徑R=110mm，外徑根據(jù)表3

49、-2選擇121mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為226mm；動(dòng)片寬度b=66mm,輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8Mpa</p><p>　　圖4.1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意</p><p>　　表4.2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）</p><p>　　4

50、. 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</p><p>　　圖4.2 缸蓋螺釘間距示意</p><p>　　表4.3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系</p><p>　　缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見(jiàn)表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力</p><p><b>　?。?.2）</b>

51、;</p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p>　　液壓缸工作壓強(qiáng)為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個(gè)螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個(gè) </p><p><b>　　危險(xiǎn)截面</b></p><p>　　； ； </p>

52、;<p>　　所以 =11863.3+10545=19772N</p><p>　　螺釘材料選擇Q235，（）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?（4.4）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.</p><p>　　5.動(dòng)片和輸

53、出軸間的連接螺釘</p><p>　　動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 </p><p>　　于是得 (4.5)</p&g

54、t;<p><b>　　D——?jiǎng)悠耐鈴剑?lt;/b></p><p>　　f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=0.15</p><p>　　螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 (4.6)</p><p>　　或

55、 (4.7)</p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?</b></p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=12mm.選擇M12的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。</p

56、><p>　　2.3臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算</p><p>　　手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。</p><p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方

57、位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 </p><p>　　2.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p&g

58、t;　　一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕</p><p>　　根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。</p><p>　　提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。</p><p>　　合理布置作用力的位置和方向。</p><p><b>　　注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。</b></p><p><b

59、>　　提高配合精度。</b></p><p>　　二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小</p><p>　　機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在1000~1500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在180°/s內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度在90°/s。在速度和

60、回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個(gè)途徑：</p><p>　　減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。</p><p>　　減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。</p><p>　　減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。<

61、/p><p>　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。</p><p>　　三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活</p><p>　　為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。</p>&

62、lt;p>　　總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出完美的、性能良好的機(jī)械手。</p><p>　　2.3.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　1. 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。</p>&

63、lt;p>　　手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。</p><p>　　雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。</p><p>　　活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2. 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　通

64、過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙作用液壓缸。</p><p>　　3. 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、

65、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。</p><p><b>　　(5.1)</b></p><p>　　4. 手臂摩擦力的分析與計(jì)算</p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻

66、力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。</p><p>　　圖 5.1 機(jī)械手臂部受力示意</p><p><b>　　計(jì)算如下：</b></p><p>　　由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。</p><p><b>

67、;　　，</b></p><p>　　得 ， ，</p><p>　　得 ，</p><p><b>　　(5.2)</b></p><p>　　式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）；</p><p

68、>　　L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計(jì)算;</p><p>　　a——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）;</p><p>　　——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。</p><p><b>　　對(duì)于圓柱面：</b></p><p>　　——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：

69、</p><p>　　鋼對(duì)青銅：取μ=0.1~0.15</p><p>　　鋼對(duì)鑄鐵：取μ=0.18~0.3</p><p>　　導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ，，L=1.69-0.028=1.41m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為0.016m</p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　5.手臂慣性力的

70、計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=,在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)速度V=V=, (5.3)</p><p>　　6. 密封裝置的摩擦阻力</p><p>　　不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸

71、處密封的總摩擦阻力可以近似為：。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：</p><p>　　2.3.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定</p><p>　　經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=6210N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa</p><p>　　確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：</p>&

72、lt;p>　　液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖5.2所示</p><p>　　圖5.2 雙作用液壓缸示意圖</p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔：</b></p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中：</b></p><p><b>　　液壓缸的有效面積：</b></

73、p><p>　　故有 （無(wú)桿腔） (5.4)</p><p>　?。ㄓ袟U腔） (5.5)</p><p>　　F=6210N，=，選擇機(jī)械效率</p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：</b></p><p>

74、;　　根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm.</p><p><b>　　液壓缸外徑的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.</p><p><b>　　活塞桿的計(jì)算校核</b></p><p&g

75、t;　　活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長(zhǎng)L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　(5.6)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故=100~120Mpa，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。</p><p>　　結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。<

76、;/p><p>　　2.4機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.4.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)</p>

77、<p>　　按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。</p><p>　　機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)

78、回轉(zhuǎn)精度的影響較大。</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。</p><p>　　活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。</p><p><b>　　分析：</b>&

79、lt;/p><p>　　經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來(lái)固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定

80、了花鍵軸，也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。</p><p>　　2.4.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)

81、計(jì)計(jì)算</p><p>　?。?） 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。</p><p><b>　　(6.1)</b></p><p><b>　　慣性力矩的計(jì)算</b></p><

82、;p><b>　　(6.2)</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過(guò)程中=；</p><p>　　t——起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s);</p><p>　　——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。</p><p>　　若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則</p&

83、gt;<p><b>　　(6.3)</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 </p><p><b>　　(6.4)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng)1800mm，直徑為60mm的圓柱體，質(zhì)量為159.2Kg.設(shè)置起動(dòng)角度=180，則起動(dòng)角速度=0.314，

84、起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s。</p><p><b>　　4694.3</b></p><p>　　密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算=4839.5</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 </p><p>　

85、　設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為8Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算：</p><p><b>　　(6.5)</b></p><p><b>　　D=151mm</b></p><p>　　既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為150mm,根據(jù)表4.2選擇液壓缸的

86、基本外徑尺寸180mm(不是最終尺寸)，再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。</p><p><b>　　液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</b></p><p>　　根據(jù)表4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,根據(jù)初步估算， ，,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個(gè)面6個(gè)，兩個(gè)面是12個(gè)）。</p><p><b>　　危險(xiǎn)截面<

87、;/b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?lt;/b></p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=20mm.選擇M

88、20的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，需要螺釘來(lái)連接，最終確定的液壓缸內(nèi)徑為150mm，外徑為230mm，輸出軸徑為50mm</p><p>　　動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 </p><p&

89、gt;　　于是得 </p><p>　　式中——每個(gè)螺釘預(yù)緊力；</p><p><b>　　D——?jiǎng)悠耐鈴剑?lt;/b></p><p>　　f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=0.15</p><p>　　螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 </p><p>　　或

90、 </p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（）</p><p><b>　　螺釘?shù)闹睆?</b></p><p>

91、;　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm.選擇M14的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。</p><p>　　2.4.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算</p><p>　　1.手臂偏重力矩的計(jì)算</p><p>　　圖 6.3 手臂各部件重心位置圖</p><p><b>　　零件重量、、、等。</b></p><p>　　現(xiàn)在對(duì)機(jī)械

92、手手臂做粗略估算：總共=33Kg</p><p>　　+++=109.2Kg</p><p>　　(2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。</p><p><b>　　=1920mm</b></p><p><b>　　=1.69mm</b></p><p>&l

93、t;b>　　=0.88mm</b></p><p><b>　　(6.6)</b></p><p><b>　　所以，回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　(3) 計(jì)算偏重力矩</p><p><b>　　(6.7)</b></p><p&

94、gt;　　2 .升降不自鎖條件分析計(jì)算</p><p>　　手臂在的作用下有向下的趨勢(shì)，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì)。</p><p>　　由力的平衡條件有= ，h=</p><p>　　即 ==</p><p>　　所謂的不自鎖條件為：</p><p>　　即

95、 ，</p><p>　　取 (6.8)</p><p>　　當(dāng)=1650mm時(shí)，0.32=528mm</p><p>　　因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于528mm</p><p>　　3. 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)

96、動(dòng)力的計(jì)算</p><p><b>　　(6.9)</b></p><p>　　式中摩擦阻力，參考圖5.3</p><p><b>　　取f=0.16</b></p><p>　　G——零件及工件所受的總重。</p><p><b>　?。?）的計(jì)算</b&g

97、t;</p><p>　　設(shè)定速度為V=4;起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差t=0.02s;近似估算為286.1Kg;將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?。?）的計(jì)算 </b></p><p>　　28725.6=2792.2N</p><

98、;p>　?。?）液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過(guò)近似估算 </p><p><b>　　最后通過(guò)以上計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=6756N</p><p>　　當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=6756-=6184N</p><p>　　2.4.4 軸承的選擇分析<

99、/p><p>　　對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于本設(shè)計(jì)，采用一支點(diǎn)，雙固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。其結(jié)構(gòu)參看本章開(kāi)始的——機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖5.3。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)角接觸球軸承，面對(duì)面或者背對(duì)背的組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。</p><p>　　三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)&

100、lt;/p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　3.1可編程序控器的簡(jiǎn)介</p><p>　　1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC) 研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)

101、控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制,于1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。</p><

102、p>　　3.2 PLC的結(jié)構(gòu)，種類和分類</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　?。ㄒ唬┲醒胩幚韱卧?CPU)</p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PL

103、C系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 </p><p><b>　?。ǘ?存儲(chǔ)器</b></p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。</p><

104、;p><b>　?。ㄈ?電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。</p><p>　　一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。</p><p&g

105、t;　　常見(jiàn)的PLC的類型挺多的，有三菱的FX系列、西門子的S7系列、臺(tái)灣的豐煒等等。</p><p><b>　　plc的分類有：</b></p><p>　　(一) 小型PLC </p><p>　　小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種

106、特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。</p><p><b>　　(二) 中型PLC</b></p><p>　　中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出

107、。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，</p><p>　　通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。</p><p><b>　　(三) 大型PLC</b></p><p>　　一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)

108、，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。</p><p>　　3.3 FX2n系列三菱PLC特點(diǎn)：</p><p>　　1、集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。</p><p>　　對(duì)6種基本單元，可以以最小8點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出256點(diǎn)。</p><p&g

109、t;<b>　　2、高速運(yùn)算</b></p><p>　　基本指令：0.08μs/指令</p><p>　　應(yīng)用指令:1.52～數(shù)100μs/指令</p><p>　　3、安心、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格</p><p>　　內(nèi)置8000步RAM存貯器</p><p>　　安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到160

110、00步。</p><p>　　4、豐富的軟元件范圍</p><p>　　輔助繼電器：3072點(diǎn)，定時(shí)器：256點(diǎn)，計(jì)數(shù)：235點(diǎn)</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器；8000點(diǎn)</p><p>　　5、除了具有輸入輸出16～256點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。</p><p>　　6、面向海外的產(chǎn)品適合

111、各種安全規(guī)格</p><p>　　為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能：</p><p>　　開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要----模擬I/O，高速計(jì)數(shù)器。</p><p>　　定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開(kāi)發(fā)了溫度模塊。</p><p>　　對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。<

112、/p><p>　　3.4 接近開(kāi)關(guān)傳感器</p><p>　　1 接近開(kāi)關(guān)傳感器的概念 在各類開(kāi)關(guān)中，有一種對(duì)接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開(kāi)關(guān)通或斷的目的，這就是接近開(kāi)關(guān)。</p><p>　　當(dāng)有物體移向接近開(kāi)關(guān)，并接近到一定距離時(shí)，位移傳感器才有“感知”，開(kāi)關(guān)才會(huì)動(dòng)作。通常把這個(gè)距離叫“檢出距離”。不同的接

113、近開(kāi)關(guān)檢出距離也不同。</p><p>　　2 接近傳感器的選型和檢測(cè)對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離，應(yīng)選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：</p><p>　　（1）當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對(duì)鐵鎳、A3鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。</p>

114、;<p>　?。?）當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近傳感器。</p><p>　?。?）金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。</p><p>　?。?）對(duì)于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近式傳感器或霍爾式接近傳感器。</p><p>

115、;　　3 接近開(kāi)關(guān)傳感器的原理圖:</p><p>　　3.5 I/O接口簡(jiǎn)介</p><p>　　（1）I/O接口的概念 CPU與外部設(shè)備、存儲(chǔ)器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過(guò)接口設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲(chǔ)器接口。存儲(chǔ)器通常在CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡(jiǎn)單；而I/O設(shè)備品種繁多，其相應(yīng)的接口電路也各不相同，因此，習(xí)慣上說(shuō)到接口只是指I/O接口。</

116、p><p><b>　　(2）接口的分類 </b></p><p>　　I/O接口的功能是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)CPU通過(guò)系統(tǒng)總線把I/O電路和 外圍設(shè)備聯(lián)系在一起，按照電路和設(shè)備的復(fù)雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類： </p><p>　　1）I/O接口芯片 </p><p>　　這些芯片大都是集成電路，通過(guò)CPU輸入不同的命令和

117、參數(shù)，并控制相關(guān)的I/O電路和簡(jiǎn)單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見(jiàn)的接口芯片如定時(shí)／計(jì)數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。 </p><p>　　2）I/O接口控制卡 </p><p>　　有若干個(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個(gè)插件插在系統(tǒng)總線插槽上。 </p><p>　　按照接口的連接對(duì)象來(lái)分，又可以將他們分為串行接口、

118、并行接口、鍵盤(pán)接口和磁盤(pán)接口等。 </p><p>　　3.6 行程開(kāi)關(guān)的介紹</p><p>　　3.6.1 行程開(kāi)關(guān)的概念</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)就是一種由物體的位移來(lái)決定電路通斷的開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān),可以安裝在相對(duì)靜止的物體(如固定架、門框等，簡(jiǎn)稱靜物)上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車、門等，簡(jiǎn)稱動(dòng)物）上。當(dāng)物體接近靜物時(shí)，開(kāi)關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)引起閉

119、合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_(kāi)的接點(diǎn)閉合。由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)開(kāi)、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。</p><p>　　3.6.2 行程開(kāi)關(guān)的作用及原理</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開(kāi)關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的

120、作用原理與按鈕類似。行程開(kāi)關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制開(kāi)關(guān)轎門的速度、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。</p><p>　　3.7電路的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.7.1回路的設(shè)計(jì) </p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)如下:</p><p>　　3

121、.7.2 系統(tǒng)輸入/輸出分布表</p><p>　　3.7.3機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　自動(dòng)線的輸送動(dòng)作由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)間隔輸送，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的輸送狀況。其工作的過(guò)程是：機(jī)械手首先處于初始位置，然后經(jīng)過(guò)一系列的動(dòng)作將斷續(xù)傳送帶上的工件拿走，此時(shí)傳送帶上的光電檢測(cè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到工件被取走。然后傳送帶開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到下一個(gè)工件時(shí)傳送帶停止轉(zhuǎn)動(dòng)等待機(jī)械手來(lái)取工件，當(dāng)然只要機(jī)械

122、手取走工件傳送帶就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)是為了節(jié)省工作時(shí)間從而不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械手等待傳送帶的時(shí)間。</p><p><b>　　對(duì)程序的要求如下：</b></p><p>　　(1)首先啟動(dòng)機(jī)械手時(shí)機(jī)械手自動(dòng)復(fù)位處于初始位置；</p><p>　　(2)在機(jī)械手工作前還要對(duì)其進(jìn)行設(shè)備的檢測(cè)即機(jī)械手空運(yùn)行一次而且機(jī)械手的每一個(gè)動(dòng)作都有相應(yīng)的定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)控

123、若超出規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間則認(rèn)為是設(shè)備出現(xiàn)故障。</p><p>　　(3)機(jī)械手設(shè)有急停按鈕（一般情況下是不被允許使用的）只有出現(xiàn)緊急情況時(shí)才允許按此按鈕，按下此按鈕將切斷儲(chǔ)氣罐與各汽缸的聯(lián)系將被切斷各汽缸處于無(wú)動(dòng)力狀態(tài)。</p><p>　　3.7.4 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制</p><p>　　由于傳送帶的速度要求不高且精度也不是太高所以本設(shè)計(jì)選擇三相步進(jìn)電機(jī)通電方式為

124、三相雙三拍，利用PLC中的M8014特殊功能繼電器向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖然后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和功放電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　環(huán)形脈沖分配器選擇YB013芯片此芯片為專用三相步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配器此芯片工作穩(wěn)定性能優(yōu)良在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　四、參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 濮良貴.

125、記名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2003[2] 張立勛.孟慶鑫,張今瑜.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2000[3] 房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,2002[4] 王小明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,2002[5] 李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004[6] 李廣弟.朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,2001 [7]

126、 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3）.機(jī)械工業(yè)出版社,2003[8] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京理工出版社,2004[9] 徐灝等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000[10] 鄭學(xué)堅(jiān).周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2003[11] 吳振彪.機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].湛江:湛江海洋大學(xué),1999[12].楊入清.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2000</p>