PLC控制的工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)摘要在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。我由引想到為普通機(jī)床配套設(shè)計(jì)一套上料機(jī)械手，來(lái)起到減少上料的時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。機(jī)械手是一種模仿人體上肢運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它能按照預(yù)定要求輸送工種或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)五自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給鏜孔設(shè)備運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的底座、大臂、小臂和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設(shè)計(jì)以及控制軟件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問(wèn)題、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁，單調(diào)的操作，如果沒(méi)有機(jī)械手那么工人的勞動(dòng)強(qiáng)度是很高的，有時(shí)候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機(jī)械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。關(guān)鍵詞機(jī)器人，示教編程，伺服，制動(dòng)PLCINDUSTRYMACHINETHATCONTROLHANDABSTRACTINTHEMODERNLARGESCALEMANUFACTURINGINDUSTRY,ENTERPRISESPAYMOREATTENTIONONTHEAUTOMATIONDEGREEOFTHEPRODUCTIONPROCESSINORDERTOENHANCETHEPRODUCTIONEFFICIENCY,ANDGUARANTEETHEPRODUCTQUALITYASANIMPORTANTPARTOFTHEAUTOMATIONPRODUCTIONLINE,INDUSTRIALROBOTSAREGRADUALLYAPPROVEDANDADOPTEDBYENTERPRISESTHETECHNIQUELEVELANDTHEAPPLICATIONDEGREEOFINDUSTRIALROBOTSREFLECTTHENATIONALLEVELOFTHEINDUSTRIALAUTOMATIONTOSOMEEXTENT,CURRENTLY,INDUSTRIALROBOTSMAINLYUNDERTAKETHEJOPSOFWELDING,SPRAYING,TRANSPORTINGANDSTOWINGETC,WHICHAREUSUALLYDONEREPEATEDLYANDTAKEHIGHWORKSTRENGTH,ANDMOSTOFTHESEROBOTSWORKINPLAYBACKWAYITHINKFORORDINARYLEDBYASETOFMACHINEDESIGNONTHEMANIPULATOR,TOREDUCEFEEDINGTIME,REDUCELABORINTENSITYMANIPULATORISAKINDOFIMITATIONOFTHEUPPERBODYMOVEMENTMACHINE,ITCANBESCHEDULEDACCORDINGTOREQUESTTYPEORHOLDSTHEAUTOMATIONTOOLOPERATIONOFTECHNICALEQUIPMENT,INDUSTRIALAUTOMATION,PROMOTETHEPRODUCTIONOFINDUSTRIALPRODUCTIONOFTHEFURTHERDEVELOPMENTPLAYSANIMPORTANTROLETHEPOWERFULVITALITYANDTHEEXTENSIVEATTENTIONBYPEOPLE,ANDWELCOMEINTHISPAPERIWILLDESIGNANINDUSTRIALROBOTWITHFOURDOFS,WHICHISUSEDTOCARRYMATERIALFORAPUNCHFIRSTIWILLDESIGNTHESTRUCTUREOFTHEBASE,THEBIGARM,THESMALLARMANDTHEENDMANIPULATOROFTHEROBOT,THENCHOOSEPROPERDRIVEMETHODANDTRANSMISSIONMETHOD,BUILDINGTHEMECHANICALSTRUCTUREOFTHEROBOTONTHISFOUNDATION,IWILLDESIGNTHECONTROLSYSTEMOFTHEROBOT,INCLUDINGCHOOSINGDAQCARD,SERVOCONTROL,FEEDBACKMETHODANDDESIGNINGELECTRICCIRCUITOFTHETERMINALCARDANDCONTROLSOFTWAREGREATATTENTIONWILLBEPAIDONTHERELIABILITYOFTHECONTROLSOFTWAREANDTHEROBOTSAFETYDURINGRUNNINGTHEAIMSTOREALIZEFINALLYINCLUDESERVOCONTROLANDBRAKEOFTHEJOINT,MONITORINGTHEMOVEMENTOFEACHJOINTINREALTIME,PLAYBACKPROGRAMMINGANDMODIFYINGTHEPROGRAMONLINE,SETTINGREFERENCEPOINTANDRETURNINGTOREFERENCEPOINTINDUSTRIALROBOTSCANREPLACETHEHANDSOFHEAVYLABOR,SIGNIFICANTLYREDUCELABORINTENSITY,ANDIMPROVELABORPRODUCTIVITYANDAUTOMATIONLEVELINDUSTRIALPRODUCTIONOFTENAPPEARSINTHEHEAVYWORKFREQUENTLY,HANDLINGANDLONGTERMOPERATION,IFNOTDRABROBOTSTHATLABORINTENSITYISHIGH,SOMETIMESEVENWITHEMPLOYEES,DRIVINGSPEEDGREATLYRETARD,THISKINDOFCIRCUMSTANCEUSINGMANIPULATORISVERYEFFECTIVEINADDITION,ITCANBEINHIGHTEMPERATURE,LOWTEMPERATURE,WATER,THEUNIVERSE,REFLECTIVEANDOTHERTOXIC,ENVIRONMENTALPOLLUTIONCONDITIONONTHEOPERATIONMORESHOWITSSUPERIORITY,HASBROADPROSPECTSKEYWORDSROBOT,PLAYBACK,SERVOCONTROL,BRAKE第一章機(jī)械手介紹1搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況在現(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；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。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)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)?！肮I(yè)機(jī)器人”（INDUSTRIALROBOT）多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（MANIPULATOR）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)器人來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國(guó)外通常被稱之為“MECHANICALHAND”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。機(jī)械手按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖11所示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)手部腕部臂部腰部基座部（固定或移動(dòng)）電、液或氣驅(qū)動(dòng)裝置單關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它信息交換計(jì)算機(jī)圖11機(jī)械手的一般組成對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖12所示。位形檢測(cè)控制系統(tǒng)（二）驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對(duì)象智能系統(tǒng)控制系統(tǒng)（一）圖12機(jī)械手各組成部分之間的關(guān)系機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)MANIPULATOR，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。2機(jī)械手的應(yīng)用意義在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下（1）可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。（2）可以改善勞動(dòng)環(huán)境應(yīng)用機(jī)械手可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。（3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。3機(jī)械手的發(fā)展概況專用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái),這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。5060年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特UNIMATE機(jī)械手即屬于這種類型。6070年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。8090年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是在日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展?？傊?，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力，改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMSFLEXIBLEMANUFACTURINGSYSTEM和柔性制造單元FMCFLEXIBLEMANUFACTURINGCELL中重要一環(huán)。4機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(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)。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)A提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人；B開(kāi)發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場(chǎng)合，如開(kāi)發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開(kāi)發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場(chǎng)合；C研制各類傳感器及檢測(cè)元器件，如，觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、和測(cè)距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識(shí)別、狀態(tài)檢測(cè)。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來(lái)越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(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)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。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)等性能地機(jī)械手，并考慮于計(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)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，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)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。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（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺(jué)功能即在機(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)的壓力敏感元件產(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)的壓力敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(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。到1995年，全世界約有50的汽車由機(jī)械手裝配。第二章工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)及結(jié)構(gòu)組成1規(guī)格參數(shù)該機(jī)械手用于汽車底盤廠自卸車舉升油缸的專用深孔鏜床的上下料，其要求如下1）抓重額定抓取重量為60。2）自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式整機(jī)、手臂和手腕的運(yùn)動(dòng)共有5個(gè)自由度，坐標(biāo)形式為關(guān)節(jié)式；3）驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)；4）手臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)見(jiàn)下表5）控制系統(tǒng)的動(dòng)力電；6）輪廓尺寸長(zhǎng)寬高；7）重量整機(jī)重量。表21手臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)2機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)所組成的，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示運(yùn)動(dòng)名稱行程范圍（或度）速度（或度秒SM）小臂伸縮150200小臂擺動(dòng)9050大臂擺動(dòng)50手腕橫移30200圖21機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖（主視圖）圖22機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖（俯視圖）圖23機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖（左視圖）圖24機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖其中包括控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工件位置檢測(cè)裝置1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)它由手部、腕部、臂部組成；2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位時(shí)，有較高的重復(fù)定位，但臂力一般在300N以下。液動(dòng)式的臂力可達(dá)到1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1范圍內(nèi)。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)適用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。本機(jī)械用液動(dòng)式的。表21三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照驅(qū)動(dòng)方式內(nèi)容液壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功率很大，壓力范圍為50140PA大，壓力范圍為4860PA較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度很高較高很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)防爆性能好，高于1000KPA10個(gè)大氣壓時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差對(duì)環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染排氣時(shí)有噪聲無(wú)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如AC伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等成本液壓元件成本較高成本低成本高維修及使用方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜3）控制系統(tǒng)有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位過(guò)程控制，也有采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)為止，并注意其加速度特性。4）機(jī)座是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。3手部手部用來(lái)直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計(jì)的。歸結(jié)起來(lái)常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持常見(jiàn)的主要類型有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。夾持類手部按其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移性兩種。夾鉗式手部是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成的，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤、套類零件。一般情況下，多采用兩個(gè)手指，少數(shù)采用三指或多指。驅(qū)動(dòng)裝置為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)源有液壓的、氣動(dòng)的和電動(dòng)的等幾種形式。常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊或送開(kāi)。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，適用夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。但這種手指結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積大，要求加工精度高?；剞D(zhuǎn)型手指的張開(kāi)閉合靠手指根部（以樞軸支點(diǎn)為中心）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。樞軸支點(diǎn)為一個(gè)的，稱為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型；為兩個(gè)的，稱為雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀小巧，但夾持不同工件會(huì)產(chǎn)生夾持定位偏差。本機(jī)械手選用液壓驅(qū)動(dòng)，夾鉗式手部，選用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指，手指數(shù)為三個(gè)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為連桿杠桿式。機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按加持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式、和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來(lái)源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手抓的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過(guò)兩個(gè)限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位一般可設(shè)置為在180度。軀干由底盤和手臂兩大部分組成。底盤是支撐機(jī)械手全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤是旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)180度。輸入輸出點(diǎn)數(shù)可衡量PLC規(guī)模的大小，準(zhǔn)確控制被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力手指握力（夾緊力）大小要適宜，力量過(guò)大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞工件；力量過(guò)小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。在確定握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件夾持安全可靠。而對(duì)手部的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)指出由于機(jī)構(gòu)傳力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力的小是不同的。2）手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍手指應(yīng)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）或開(kāi)閉距離（對(duì)平移型手指從張開(kāi)到閉合的直線移動(dòng)距離）S，以便于抓取或退出工件。3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度應(yīng)保證每個(gè)被夾持的工件，在手指內(nèi)部有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。這對(duì)一些有方位要求的場(chǎng)合更為重要，如曲怪、凸輪軸一類復(fù)雜的工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對(duì)的位置精度。4要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。5應(yīng)考慮通用性和特殊要求一般情況下，手部多是專用的，為了擴(kuò)大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調(diào)整的辦法。如更換手指甚至更換整個(gè)手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。4腕部手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，他的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)充機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)立的自由度。手腕運(yùn)動(dòng)一般有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為上下擺動(dòng)；繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為左右擺動(dòng)；有的是沿Y軸（或Z軸）的橫移移動(dòng)。腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于臂部的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)載荷，直接影響臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。（2）綜合考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)著連接和支撐作用，出保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個(gè)自由度的位置檢測(cè)，管線布置，以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題。（3）必須考慮工作條件對(duì)于高溫作業(yè)餓腐蝕介質(zhì)中工作中的機(jī)械手，其腕部在設(shè)計(jì)是應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹、壓力油的黏度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控元件的耐熱性等）。本機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)只具有一個(gè)Y軸方向上的橫移自由度，選用齒條活塞缸作為驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)絲缸螺母副（帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使和端部和齒輪配合的絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠通過(guò)軸承裝在手腕固定的臺(tái)上，帶動(dòng)與其裝配在一起的螺母移動(dòng)，由于螺母和上面的滑臺(tái)是一體的，所一使得滑臺(tái)移動(dòng)，）來(lái)實(shí)現(xiàn)手腕的橫移運(yùn)動(dòng)。5臂部手臂部件是機(jī)械手主要握持不見(jiàn)。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)，如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或氣缸）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，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)荷載，而且自身運(yùn)動(dòng)又教多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī)械手的工作性能。1臂部設(shè)計(jì)的基本要求臂部設(shè)計(jì)首先要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，為此，需滿足下列各項(xiàng)基本要求。1臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕對(duì)于機(jī)械手臂部或機(jī)身的承載能力，通常取決于其剛度。以臂部為例，一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸伸梁形式（水平或垂直懸身）。顯然伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度愈大，則剛度愈差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)載能力等影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度外，尚應(yīng)注意以下幾方面。根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸臂部受彎曲，應(yīng)選用抗彎剛度較高的截面形狀。在截面積和單位重量基本相同的情況下，選用槽鋼，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的重量，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊，外形整齊。合理布置作用力的位置方向在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)計(jì)使各作用力引起的變形相互抵消。注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡量可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙，從而提高剛度。2臂部運(yùn)動(dòng)的速度要平穩(wěn)，慣性要小機(jī)械手手臂的運(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，一般根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來(lái)決定。確定了生產(chǎn)節(jié)拍和行程范圍，就確定了手臂的運(yùn)行速度（或角速度）。在一般的情況下，手臂的移動(dòng)、俯仰均要求勻速運(yùn)動(dòng)，但在手臂的起動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的為了減少?zèng)_擊，要求起動(dòng)時(shí)間的加速度和終止時(shí)間的速度不能太大，否則會(huì)引起沖擊和震動(dòng)，所以在行程終點(diǎn)使加速度為零，事無(wú)沖擊的。（2）手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇本機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式為直線運(yùn)動(dòng)和上下擺動(dòng)，即手臂的伸縮和俯仰，手臂的伸縮采用雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng)，支撐座裝在手臂空心的部分，在支撐座上裝上導(dǎo)向套，在導(dǎo)向套上裝上兩個(gè)導(dǎo)桿，導(dǎo)向桿在導(dǎo)向套內(nèi)移動(dòng)，以防止伸縮時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。手臂的俯仰采用擺動(dòng)式的直線雙作用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)。（3）大手臂的機(jī)構(gòu)的計(jì)算取活塞桿伸出系數(shù)代如下式61取601502612A21COSB212COS63455622C即可代入確定ACB24561243424（042舍去）即可求出2根據(jù)機(jī)械手所工作的范圍可取250DMR60L182M15620615SIN60497CO小臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算取活塞桿伸出系數(shù)代入下式取15025612A55221COSB2C即可確定ACB24310256127（舍區(qū)）COS1170495302根據(jù)機(jī)械手所工作的范圍可取MM50DMR15L31第三章液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)在機(jī)械手中所起的作用是通過(guò)電液轉(zhuǎn)換元件把控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，對(duì)液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)械手的手臂、手腕和手部按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸和擺動(dòng)液壓缸。1液壓系統(tǒng)的組成及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)由動(dòng)力元件（液壓泵），執(zhí)行元件（液壓缸），控制元件（溢流閥、調(diào)速閥、節(jié)流閥），輔助元件（油箱、油管、過(guò)濾器等）和工作介質(zhì)組成。（1）動(dòng)力元件（液壓泵）的確定按照泵的工作壓力和流量選擇泵的規(guī)格為Y1型中高壓型的葉片泵，該機(jī)械手要抓取60千克的舉升油缸，故要求足夠大的握力，通常采用雙聯(lián)葉片泵，并以小流量泵對(duì)機(jī)械手手指夾緊油缸單獨(dú)供油。這樣可以排除其他油缸對(duì)手指夾緊油缸的干擾。（2）執(zhí)行元件（液壓缸）的確定根據(jù)機(jī)械手的各部分動(dòng)作要求，其運(yùn)動(dòng)形式為直線運(yùn)動(dòng)，可選用液壓缸為執(zhí)行元件。考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)，確定用6個(gè)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手指的夾緊和松開(kāi)動(dòng)作，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)；手腕的橫移動(dòng)作，由無(wú)桿活塞油缸驅(qū)動(dòng)；小手臂的伸縮動(dòng)作，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)；小手臂的擺動(dòng)動(dòng)作，由采用鉸鏈連接的雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)；大手臂的擺動(dòng)動(dòng)作，由采用鉸鏈連接的雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)；料架的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，由雙作用式活塞油缸驅(qū)動(dòng)；（3）液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方案的確定各液壓缸的換向回路選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益，并且用中位“O”型換向閥。調(diào)速方案的確定整個(gè)液壓系統(tǒng)用并聯(lián)泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的流量工作是無(wú)法滿足要求的。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但需要進(jìn)行速度調(diào)速，用以保證液壓缸運(yùn)行的平穩(wěn)性，各缸可以采用進(jìn)油路或回油路調(diào)速。4液壓系統(tǒng)的液壓回路擬定鎖緊回路（液壓鎖控制）限壓回路（防超載）卸荷回路（溢流閥控制）調(diào)速回路（單向調(diào)速閥控制實(shí)現(xiàn)）過(guò)濾回路（過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)）換向回路（換向閥實(shí)現(xiàn)）安全工作回路5機(jī)械手液壓系統(tǒng)分析機(jī)械手的手指處油缸屬于末端執(zhí)行元件，它要求有一定的夾緊力，并且在斷電時(shí)也不致釋壓，保持住一定的夾緊力，故需在手指處抓放液壓缸液壓控制回路中加上液壓?jiǎn)蜗蜷y或蓄能器保持壓力在斷電時(shí)不改變。當(dāng)然也可以使用O型或者M(jìn)型中位機(jī)能進(jìn)行控制。但考慮到機(jī)械手工作時(shí)的夾緊精度要求高，O型或M型中位機(jī)能鎖緊時(shí)鎖緊功能差，且鎖緊時(shí)間短，故可在液壓回路中加入夜控單向閥組成的液壓鎖組成鎖緊回路，使缸在任意時(shí)刻都可停留?；钊恢貌蛔儯恢乱驍嚯姸l(fā)生意外，三位四通電磁換向閥左右位可實(shí)現(xiàn)手指的抓、放工作機(jī)能,H中位時(shí)，油泵卸荷，鎖緊回路將活塞位置鎖定。機(jī)械手的手腕處油缸的外部負(fù)載，僅限于克服兩個(gè)工作面之間的磨擦力，且無(wú)其他別的要求，故采用三位四通電磁換向閥的左右實(shí)現(xiàn)換向，完成手腕左右橫移的動(dòng)作。斷電時(shí)，三位四通電磁換向閥處于中位O型機(jī)能上，實(shí)現(xiàn)鎖緊。機(jī)械手的大小臂的90度范圍內(nèi)的擺動(dòng)也靠液壓缸伸縮實(shí)現(xiàn)，考慮到雙向動(dòng)作，故可采用三位四通電磁換向閥換向使液壓缸伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)大小臂擺動(dòng)動(dòng)作。大小臂擺動(dòng)速度可根據(jù)負(fù)載大小變化人為設(shè)定，在液壓回路中加入單向調(diào)速換向閥來(lái)控制。大小臂擺動(dòng)至要求位置后，需讓其保持活塞位置不變，即具有一定銷緊功能，即使在斷電狀態(tài)下不致改變活塞位置，以防發(fā)生意外。故需在液壓回路中加入液壓鎖，以實(shí)現(xiàn)其要求。以防止機(jī)械手在動(dòng)作過(guò)程中，手臂部分不致因機(jī)械碰撞過(guò)載而使機(jī)構(gòu)破壞，故大、小臂的液壓回路中應(yīng)加入單向閥與溢流閥組成的安全回路，起保護(hù)作用。換向閥采用三位四通電磁閥，做左右位實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)要求，中位機(jī)能據(jù)工作要求，選擇Y型中位機(jī)能，中位時(shí)，泵不卸荷，液壓鎖使活塞位置保持不變。小臂伸縮由其作用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，伸縮時(shí)無(wú)特殊要求，可在其作用回路中串入單向調(diào)速閥以備調(diào)節(jié)速度之用，小手臂伸出到最大長(zhǎng)度時(shí)，因液壓油不斷供給，使下腔液壓壓力升高，為防止發(fā)生以外，故接上壓力繼電器對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，起到保護(hù)作用。小臂的伸縮動(dòng)作由小臂伸縮液壓缸活塞上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，上下移動(dòng)時(shí)需讓壓力油經(jīng)換向閥左右位機(jī)能使供給方向發(fā)生變化，中位機(jī)能可選M型，斷電時(shí)，泵即卸荷，活塞浮動(dòng)。液壓系統(tǒng)中，為使其功能的實(shí)現(xiàn)更加的完善，又加入輔助元件，網(wǎng)式過(guò)濾器，使泵不致吸入較大顆粒的雜質(zhì)，并保證供油的純凈度。6液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作順序通過(guò)電器控制系統(tǒng)來(lái)控制液壓系統(tǒng)的電磁換向閥,使機(jī)械手按以下順序動(dòng)作原始位置卸料動(dòng)作裝料動(dòng)作具體動(dòng)作順序?yàn)樵嘉恢茫ù笫直圬Q立、小手臂伸出并處垂直方向、手腕橫移向右、手指松動(dòng)小手臂下擺至水平位置手指加緊手腕橫移向左（從卡盤上卸下工件）小手臂上擺大手臂下擺手指松開(kāi)（將工件放在料架上）小手臂收縮料架轉(zhuǎn)動(dòng)小手臂伸出手指夾緊（抓住待加工的工件）大手臂上擺（由料架上取走）小手臂下擺手腕橫移向右（機(jī)械手把工件裝到深孔鏜床的主軸卡盤上）手指松開(kāi)小手臂上擺（原位）。第四章液壓泵的選用1液壓泵的參數(shù)類型/項(xiàng)目雙作用葉片泵工作壓力/MPA6321轉(zhuǎn)速范圍/1MINR6004000容積效率08095總?cè)莘e/L075085功率重量比中流量脈動(dòng)率小自吸特性較差對(duì)有污染的敏感性敏感噪聲小壽命較長(zhǎng)單位功率造價(jià)中等應(yīng)用范圍機(jī)床、注射機(jī)、液壓機(jī)、起重機(jī)械、工程機(jī)械。表41液壓泵參數(shù)（1）機(jī)械手指缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定已知負(fù)載F/KM60KG588N0588KN查表43負(fù)載壓力P/MPA0810活塞桿受拉力系數(shù)045當(dāng)有桿腔進(jìn)壓力油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，由于F（D2D2）PD2（12）P44故DF1245038234MMD/DD3404515MM（2）手指雙作用液壓泵的排量和流量雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量）由2510/2510ML/R到125200/3250ML/R兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇QVVNV103200200008320ML/MINV352MM/MINAQ24D234180T17SVS350（3）小手臂雙作用液壓泵的排量和流量雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量）由2510/2510ML/R到125200/3250ML/R兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇QVVNV103200300008480ML/MINV528MM/MINAQ24D234180T17SVS50（4）手腕雙作用液壓泵的排量和流量雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量）由2510/2510ML/R到125200/3250ML/R兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇QVVNV103200300008480ML/MINV528MM/MINVS24DQ234180T3S5（5）臂擺角900雙作用液壓泵的排量和流量雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量）由2510/2510ML/R到125200/3250ML/R兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇QVVNV103200200008480ML/MINV528MM/MINAQ24D234180T227SVS50（6）小手臂擺角90雙作用液壓泵的排量和流量雙聯(lián)泵的排量（后泵排量/前泵排量）由2510/2510ML/R到125200/3250ML/R兩個(gè)泵的流量可以按需要選擇QVVNV103200200008480ML/MINV528MM/MINAQ24D234180T11SVS502液壓缸壁厚的確定在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸壁厚根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝上的需求確定，一般不進(jìn)行計(jì)算。查表29灰鑄鐵件的孕育鑄鐵HT300鑄鐵壁厚10MM最小抗拉強(qiáng)度290MPA3410D按以下厚壁筒公式校核2YP31145BN900122342135012可選液壓缸長(zhǎng)度按其最大行程確定，一般不大于（2030）D液壓缸長(zhǎng)度680MM工作長(zhǎng)度L160MM,活塞寬度按缸的工作壓力和活塞的密封方式確定，一般為（061）D20MM。導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度，當(dāng)D80MM取（061）D20MM。第五章電氣控制線路的設(shè)計(jì)1機(jī)械手的電氣傳動(dòng)方式電氣傳動(dòng)系統(tǒng)分為交流傳動(dòng)系統(tǒng)和直流傳動(dòng)系統(tǒng)。交流傳動(dòng)系統(tǒng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修方便，單機(jī)容量大以及能實(shí)現(xiàn)高速傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。直流傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的調(diào)速性能，調(diào)速范圍寬，平滑性好，響應(yīng)速度快，效率高等。據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的工作需要，不需調(diào)速，顧及經(jīng)濟(jì)性與維修性能的需要，選取交流傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)械手的電氣傳動(dòng)方式。交流傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件的選擇機(jī)械手的工作條件無(wú)調(diào)速要求，負(fù)載平穩(wěn)，在啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)也沒(méi)特殊要求，故可選用Y系列防護(hù)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它的結(jié)構(gòu)可防止水滴，鐵屑等沿垂直方向掉入電內(nèi)部，容量要求在75125KW之間。1PLC的設(shè)計(jì)根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進(jìn)行其功能設(shè)計(jì)。進(jìn)行PLC設(shè)計(jì)時(shí)基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時(shí)要兼顧維修、備件的通用性。對(duì)開(kāi)關(guān)量的控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求不高時(shí)，一般的小型PLC都可以滿足控制要求，例如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。當(dāng)控制速度要求較高時(shí)、輸出有高速脈沖信號(hào)時(shí)、要考慮輸入輸出點(diǎn)的形式，最好采用晶體管形式輸出。對(duì)帶有部分模擬量的控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用所需功能的PLC主機(jī)，還要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的模塊，配接相應(yīng)的傳感器，變送器和驅(qū)動(dòng)裝置。手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本節(jié)設(shè)計(jì)中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成大小臂的伸縮升降的運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)改變發(fā)出脈沖個(gè)數(shù)可控制手臂的兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的距離。同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開(kāi)關(guān)限位。采用絲桿、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。2PLC按結(jié)構(gòu)形式不同,可分為整體式與模塊式整體式即把PLC的各組成部分安裝在一體或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一體裝在機(jī)殼內(nèi)形成一個(gè)單一整體。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單緊湊，體積小，價(jià)格低。模塊式是把PLC的各基礎(chǔ)組成做成獨(dú)立模塊，后以搭積木方式組裝與一個(gè)機(jī)架內(nèi)，其特點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力強(qiáng)，便于維修。鑒于機(jī)械手PLC控制部分I/O點(diǎn)數(shù)較少，整體式更方便一些，經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單，選用小型PLC機(jī)即可實(shí)現(xiàn)功能，故采用西門子可編程控制器S7200系列，結(jié)構(gòu)形式為整體式。電氣控制方式應(yīng)能保證機(jī)床的使用性能和動(dòng)作程序，自動(dòng)循環(huán)等的基本動(dòng)作要求。根據(jù)機(jī)械手的總體要求，擬選有觸點(diǎn)的控制系統(tǒng)，其控制電路的接通和分?jǐn)嗍峭ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)或繼電器等觸點(diǎn)的閉合與分?jǐn)鄟?lái)進(jìn)行控制的。3電氣控制電路的設(shè)計(jì)電氣控制電路的主電路電源直接引用交流380V電壓設(shè)備；控制電路的電源采用變壓器變壓，由交流380V變?yōu)?10V同時(shí)經(jīng)變壓器，對(duì)指示燈電路的供電電源變壓至24V；機(jī)械手的各種動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力源聯(lián)葉片泵的動(dòng)作由電動(dòng)機(jī)M傳動(dòng)。起動(dòng)和制動(dòng)都由電氣控制系統(tǒng)完成。考慮到液壓系統(tǒng)的電磁鐵均無(wú)接觸觸點(diǎn)，故可引入中間繼電器對(duì)信號(hào)放大，擴(kuò)展觸點(diǎn)容量。（1）主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)電氣傳動(dòng)的要求，由接觸器KM控制電動(dòng)機(jī)M。如下圖示QSFUFRKMM3SB2SB1KM1SB34KMFRKML2L3L1圖51電氣原理圖分析機(jī)床的三相電源由電源引入自動(dòng)開(kāi)關(guān)QF引入，電動(dòng)機(jī)M的過(guò)載保護(hù)，有熱繼電器SQ實(shí)現(xiàn)，它的短路保護(hù)可由熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制回路中引入中間繼電器充當(dāng)電源引入。當(dāng)按下SB時(shí)，電源引入，液壓泵電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作。若按下SB1時(shí)，液壓泵電機(jī)M停止工作電源斷開(kāi)。（2）控制回路的設(shè)計(jì)機(jī)械手的動(dòng)作開(kāi)始用按鈕SB2來(lái)操縱。電磁鐵與中間繼電器并聯(lián)借以擴(kuò)充觸點(diǎn)的容量，電磁鐵控制的機(jī)械手動(dòng)作的時(shí)間繼電器來(lái)控制，自動(dòng)手動(dòng)用按鈕SA來(lái)操作如后面原理圖所示。信號(hào)指示電路由各個(gè)與動(dòng)作電磁鐵同時(shí)得電的中間繼電器的觸頭來(lái)控制，液壓泵電動(dòng)機(jī)指示燈取HL0。電動(dòng)機(jī)工作后，指示燈即發(fā)光顯示，表示其處于供電動(dòng)作狀態(tài)。自動(dòng)指示燈HL1，手動(dòng)指示燈HL2，大手臂下擺指示燈HL3，機(jī)械手抓工件指示燈HL4，大手臂上擺指示燈HL5，小手臂下擺指示燈HL6，手腕右移指示燈HL7，手指松開(kāi)指示燈HL8，手腕回位指示燈HL9，小手臂上擺指示燈HL10，小手臂回縮指示燈用HL11，料架轉(zhuǎn)位指示燈HL12，小手臂伸出指示燈HL13。圖52信號(hào)指示燈電路圖4上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)上下料機(jī)械手動(dòng)采用晶體管時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程序動(dòng)作，其電器控制如后面原理圖。由按鈕SB啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)后，再用開(kāi)關(guān)SA選擇自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整的工作方式。如將SA扳到手動(dòng)位置，分別按下按扭SB1SB11，使換向閥的電磁鐵YV1YV6分別通電控制上下料機(jī)械手各油缸動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)手指的夾緊與松開(kāi)手腕左右橫移下臂伸縮和上下擺動(dòng)大手臂上下擺動(dòng)及料架轉(zhuǎn)位等獨(dú)立的調(diào)整工作。若將SA扳到自動(dòng)位置，按下SB12啟動(dòng)按扭，上下料機(jī)械手就能按順序自動(dòng)工作，其自動(dòng)循環(huán)控制過(guò)程如下。（1）卸料過(guò)程1）抓住加工完畢工件由于按動(dòng)SB12按扭，相續(xù)使KT2KT1KA1、KV1B的線圈的通電。再返回到原始位置（待卸料位置），手指夾緊油缸使手指加緊加工的工件，并通過(guò)KA1常KM3KM7KM4KM2KM10KM8KM5KM1KM1HL2HL3HL4L5HL6HL7HL8HL910KM6HL1HL0KM1KM1閉觸點(diǎn)使手指松開(kāi)與加緊互鎖。2）從卡上卸下工件當(dāng)達(dá)到KT1延時(shí)時(shí)間，相繼使KT2KA2和YV2的線圈的通電，手腕移向左，并從卡盤上拔出工件。3）小手臂上擺當(dāng)達(dá)到KT2延時(shí)時(shí)間，先使KA2和KV2斷電，手腕橫移停止；然后又相繼使KT3KA3和YV3A的線圈的通電，小手臂上擺。4）大手臂下擺當(dāng)達(dá)到KT3延時(shí)時(shí)間，先使KA3和YV3A斷電，HF3換向閥處于中間位置使小手臂保持上擺狀態(tài)；然后又相繼使KT4KA4和YV4的線圈通電，大手臂下擺。當(dāng)達(dá)到KT4延時(shí)時(shí)間，相繼使KA4YV4BKA1和YV1線圈斷電，而使KT5KA5和YV1A線圈通電，則手指松開(kāi)使加工后的工件放在料架上。5小手臂收縮當(dāng)達(dá)到KT5延時(shí)時(shí)間，先使KA5YV1A斷電，HF1換向閥處于中間位置，則手指仍處于松開(kāi)狀態(tài)；然