引言

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，一般采取示教再現(xiàn)的工作方式.

“工業(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。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)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)點(diǎn)，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)器人稱為通用機(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)一執(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)。一般而言,機(jī)器人通常就

是由這三部分組成,這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。

1機(jī)器人介紹

1.1機(jī)器人簡(jiǎn)介

機(jī)器人（Robot是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運(yùn)

行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是

協(xié)助或取代人類的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。它是高級(jí)整合控制

論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚

至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。

現(xiàn)在，國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般來(lái)說(shuō)，人們都可以接受這

種說(shuō)法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)

準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的操作機(jī);

或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！彼転?/p>

人類帶來(lái)許多方便之處。

中國(guó)的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種

機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。

而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的,用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)

器人,包括:服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)

器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快,有獨(dú)立成體系的趨勢(shì),如服務(wù)

機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，

從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類:制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的

服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和中國(guó)的分類是一致的。

1.2機(jī)器人的研究歷史及現(xiàn)狀

機(jī)器人首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出世界二第

一臺(tái)機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一個(gè)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。

日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典

型機(jī)器人后，大力開(kāi)展機(jī)器人的研究。

目前,工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無(wú)論是數(shù)

量、品種，還是性能方面都還不能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)器人

代替人工操作的,主要是在危險(xiǎn)作業(yè)、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適

于人工作業(yè)的工作

環(huán)境。

在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(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),它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成

規(guī)定的操作，但還不具雀?jìng)鞲蟹答伳芰?，不能?yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就

會(huì)導(dǎo)致零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。

我國(guó)雖然開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)器人的時(shí)間僅比日本晚5?6年，但是由于種種原因，工

業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢”目前我國(guó)已開(kāi)始有計(jì)劃地從國(guó)外弓I進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技

術(shù)，通過(guò)引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新,工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。

1.3機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人的設(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)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，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

1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。2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。

3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。

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。

1.4運(yùn)輸機(jī)器人的應(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。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，數(shù)控機(jī)

床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效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。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn);金屬加工生

產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)

間的5%。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，運(yùn)輸機(jī)器人就是為實(shí)

現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)器人可在空間抓放物體,動(dòng)作靈活多樣，適用于可

變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。

2運(yùn)輸機(jī)器人機(jī)械部分設(shè)計(jì)

2.1運(yùn)輸機(jī)器人設(shè)計(jì)概況

本運(yùn)輸機(jī)器人用于生產(chǎn)線各工序之間零件的搬運(yùn)，所搬運(yùn)零件為法蘭盤,如圖2-

1所示。當(dāng)工件的一道工序加工完之后，通過(guò)按鈕呼叫運(yùn)輸機(jī)器人，機(jī)器人將工件搬

到下一道工序，設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂長(zhǎng)度為導(dǎo)軌與加工完的工件放置位置的距離.使手

抓始終在工件的上端，機(jī)械手臂只需上下移動(dòng)而無(wú)需伸縮，手抓始終水平放置，使機(jī)械

手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本機(jī)械手需要3個(gè)自由度，手臂的上下移動(dòng)，手抓張合，運(yùn)輸機(jī)器人在導(dǎo)

軌上的移動(dòng)。

圖2-1法蘭盤

Fig.2-1flangeconstructed

本設(shè)計(jì)主要有機(jī)身、手臂、機(jī)械手。手部的一個(gè)直線液壓缸通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

手抓的張合，機(jī)身一個(gè)直線液壓缸實(shí)現(xiàn)機(jī)身帶動(dòng)手臂的上下移動(dòng)，機(jī)身通過(guò)三相異步

電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)輸機(jī)器人在導(dǎo)軌上的移動(dòng)。

本運(yùn)輸機(jī)器人由機(jī)械手和導(dǎo)軌小車組成，機(jī)械手采用平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌

小車用雙向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小車在導(dǎo)軌上移動(dòng)。本部分設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成結(jié)構(gòu)方

面的設(shè)計(jì)。在本章中進(jìn)行了坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定。

法蘭（Flange又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭是使管子與管子相互連接的零件，連接

于管端。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組

合密封結(jié)

構(gòu)的可拆連接，管道法蘭系指管道裝置中配管用的法蘭，用在設(shè)備上系指設(shè)備的

進(jìn)出口法蘭。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。法蘭分螺紋

連接（絲扣連接法蘭和焊接法蘭和卡夾法蘭。

2.2機(jī)械手的設(shè)計(jì)

2.2.1工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多

工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。

在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水

平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間,常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率,完成工人難以完成的

或者危險(xiǎn)的工作。可在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)

資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部_L業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn);金屬加生產(chǎn)批量中

有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。

從這里可以看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工

序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有:注塑工業(yè)中從模具

中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序;機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送

料;澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為

研究對(duì)象。

下面具體說(shuō)明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。

1建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類自動(dòng)線

一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。國(guó)內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽(yáng)永泵廠

的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類，大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線（軸

類，上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線（盤類等。

加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件,也有采用機(jī)械

手的,如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。

2在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面

各類半自動(dòng)車床,有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能,單仍需人工上

下料;裝上機(jī)械手,可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn),一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前,機(jī)械手在這方

面應(yīng)用很多，如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手,大連第二車床

廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的Y38滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)

床廠的滾銃花鍵機(jī)床機(jī)械手等v由于這方面的使用已有成功的經(jīng)臉，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床

廠已在這類產(chǎn)品出廠是就附上

機(jī)械手，或?yàn)橛脩舭惭b機(jī)械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生

產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位機(jī)床和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分

模等自動(dòng)工作循環(huán),裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。目前機(jī)械手

在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面:一是160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)

廠2001環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠400（沖床的下料機(jī)械

手等;其一是用于多工位沖床,用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的1201

和40t多工位沖床機(jī)械手等。

3鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面

模鍛方面，國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的31、5t、101模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐,用兩只機(jī)

械手成一定角度布置早爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、

洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。

2.2.2機(jī)械手的組成

工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單。手部多為兩指（也有多指;根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種;也可以用負(fù)壓

式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的,光滑表面的零件或薄板零件和電磁吸盤。

2腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)

作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧,適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、

上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。本設(shè)計(jì)只要求上下移動(dòng)，要求功能較簡(jiǎn)單，一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下運(yùn)動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了

簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。

3臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件3它的作用是支撐腕部和手部（包括

工作或夾具，并帶動(dòng)他們做空間運(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)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，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、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)（如液壓缸或者氣缸和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從

臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷.而且自身運(yùn)

動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度

直接影響機(jī)械手的工作性能。

4行走機(jī)構(gòu)

有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同，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。

2.2.3機(jī)械手基本形式的選擇

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)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手有3個(gè)自由度:手抓張合、手臂升降、機(jī)身在導(dǎo)

軌上移動(dòng)。本設(shè)計(jì)由3大部件（手爪、手臂、機(jī)身和兩個(gè)液壓缸、一個(gè)雙向電動(dòng)機(jī)

驅(qū)動(dòng)。手爪張合、手臂上下移動(dòng)采用直線液壓缸移動(dòng)，機(jī)器人在導(dǎo)軌上移動(dòng)采用雙

向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2.2.4手部設(shè)計(jì)基本要求

1有適當(dāng)?shù)膴A緊力

手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力,以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小,且不損壞工件

的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的

工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。

2有足夠的開(kāi)閉范圍

夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變

化量稱為開(kāi)閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度

表示。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān),如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺

寸,一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖2-2所示。

3力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕,體積小

手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變,其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)

機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí),必須力求結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單,重量輕，體積小。

4手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度

5其它要求

因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式

用常閉式彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí),用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。

Fig.2-1flangeconstructed

2.2.5選擇手爪的類型及夾緊裝置

手抓張合角丫△=（）

60,夾取重量為5Kg。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。

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)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)。

2.2.6手抓的力學(xué)分析

下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析［1］：滑槽杠桿圖2-3(a為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手

部結(jié)

構(gòu)。

(a(b

圖2-3滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析

1------手指2------銷軸3------杠桿

Fig.2-3chutehandlevertypestructure,stressanalysis

1—fingers2—pinshaft3—lever

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,其力的方向垂直二滑槽的中心線loo和2oo并指

向。點(diǎn)，交1F和2F的延長(zhǎng)線于A及B。

由xFg=0得：12FF=

yFZ=o得：

12cosFFa

=?

11FF=-O1M￡(F=0得，

lNFF=h

cosaha

F=22cosNb

Fa

a(2-1

式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離［mm.

a——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。

由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F一定時(shí),a角增大，則握力NF也隨之增大，但a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a=030-0

40o

2.2.7夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算

手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)［2］。必須對(duì)大小、方向和作

用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。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)。手指對(duì)工件的夾累力

可按公式計(jì)算：121

NFKKGR

>

(2-2

式中P……機(jī)械手橡膠與工件的摩擦系數(shù)；1K——安全系數(shù)、通常122.0;

2k——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響°可近似按下式估21b

Ka

二+其中a,重力方向的最大上升加速度;max

vat=

響

maxv-----運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度

t響——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.030.5sG——被抓取工件所受

重力(No

表2-1液壓缸的工作壓力

Table.2-1hydrauliccylinderpressureofwork

F/N

液壓缸工作壓力/Mpa

F/N液壓缸工作壓刀/Mpa

/J\T50000.8-120CO0-300002.0-4.05000-100001.5-230000-50000

4.0-5.010000-20000

2.5-3

50000以上

5.0-8.0

計(jì)算[3]:設(shè)a=40mm,b=20mm,010<a<040;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s,求

夾緊力NF和驅(qū)動(dòng)力F和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。

1設(shè)11.5K=

21b

Ka

=+

==1p=0.8

根據(jù)公式，將已知條件帶入：

NF=l/0.8xl.5xlx5x9.8=92N2根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：

(2

240=

309227620

FCOSNxxx=計(jì)算3取0.85q=

276

=3250.85

FFNr|

計(jì)算

實(shí)際4確定液壓缸的直徑D

(2

24

FDdp7i

-實(shí)際(2-3

選取活塞桿直徑d=0.5D,根據(jù)表2-1選擇液壓塞壓力油工作壓力

P=0.8-lMPa,

26Dmm二

4G.I4電

^p(l-0.52)^p(|-0.52)

二根據(jù)表2-2(JB826-66，選取液壓缸內(nèi)徑為:D=32mm則活塞桿內(nèi)徑為：

d=32x0.5=16mm

表2-2液壓缸的內(nèi)徑系列[4](JB826-66(mmTabic.2-2theinnerdiameterofthe

hydrauliccylinderseries(JB826-66

2025324050556365707580859095100105110

125

130

140

160

180

200

250

2.2.8手抓夾持范圍計(jì)算

為了保證手抓張開(kāi)角為0

60,活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為12mm。手抓夾持范圍，三指長(zhǎng)40mm,當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)

角的時(shí)候，如圖2-4所示,根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑IR=20,當(dāng)張開(kāi)

060時(shí)，如圖2-4(b所示,最大夾持半徑2R計(jì)算如下[5]:

00240tan3020cos3046mmR=x+4-=

機(jī)械手的夾持半徑從20—46mm

(a(b

圖2.4手抓張開(kāi)示意圖

Fig.2-4handgraspopenschemes

2-3彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算

圓柱形螺旋彈簧受軸向壓縮和軸向拉伸載荷時(shí),彈簧絲的受力情況完全相同，本

設(shè)計(jì)使用壓縮彈簧，現(xiàn)就壓縮彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。選擇彈簧是壓縮條件.選擇圓柱壓

縮彈簧。如圖2?5所示，計(jì)算過(guò)程如下。

4620

圖2.5圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)

Fig.2-5cylindricalhelicalspringthegeometricparameters

1選擇畦鎰彈簧鋼查取許用切應(yīng)力口800MPat=2選擇旋繞比，常用初選范圍為

5—8,初選C=6410.615

446

CKCc

+

-(2-4410.615446

CKC--

+

-=4610.615

1.254646x-+=x-3選擇彈簧中徑D=24mm,估算彈簧絲直徑

2446

DdmC=

=4切應(yīng)力

max

3

8KDFd

T7t==22881.253256==388d3.144KFCmpanxxxxmax[]TT<強(qiáng)度滿足要求5彈

簧絲育徑d的設(shè)計(jì)計(jì)算是為

'd>(2-5

,d

為方便計(jì)算和制造取d=4mm

6根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)：

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸液壓桿的行程為12mm即X=12m對(duì)于壓縮彈簧

Z=

3

8Gd

FCX(2-6G-------彈簧材料的剪切彈性模量,查表得G=80000610xZ--------彈

簧的工作圈數(shù)

Z=3

8Gd

FC

1=6380000100.0120.00483256xxxxx=6.8彈簧的工作圈數(shù)z應(yīng)大于2.5圈，否

則應(yīng)重選彈簧指數(shù)C,并計(jì)算d和z。為方便制造,當(dāng)計(jì)算出的zS5時(shí)，取z為0.5

的倍數(shù);當(dāng)z>15時(shí)，取z為整數(shù)。

因此取z=7,彈簧總?cè)?shù)lz=z+l.5=8.5圈7彈簧剛度

C=38F

Gd

Cz

X==63

800100.004868.5xxxx=27N/mm8彈簧尺寸的確定

彈簧的中經(jīng)D=24mm,彈簧絲直徑d=4mm,彈簧小徑ld=24-4=20mmDD=-，彈

簧大徑2=24+4=28mmDDd=+

彈簧長(zhǎng)度:0H。當(dāng)lz=z+1.5時(shí)0H=pz+d節(jié)距p=d+6,一般p=D/2—D/3D=24

P=8—12取p=8mm所以O(shè)H=8x8.5+4=72取OH=72mm

7對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算

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072b二

324

HD;=,本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，但中間有活塞桿作為導(dǎo)桿，可作為兩端固定考

慮。

當(dāng)兩端固定時(shí),5.3b￡當(dāng)一端固定;一端自由時(shí),3.7bS;當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),2.6b

<o

結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧b=305.3,因此彈簧穩(wěn)定性合適。8疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)

算。

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)3

IONJ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。

現(xiàn)在由于設(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：

max

caS

SSSSTT=

N（2-7sS選取1.3-1.7（力學(xué)性精確能高

max3

8KDFd

T7t=(2-8max

3

8KDFd

T7r==22881.253256

==388d3.144KFCmpanxxxx66

max800102.063881Oca

sSSTTX===X

結(jié)論:經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。

2.4腕部的設(shè)計(jì)

2.4.1腕部的設(shè)計(jì)要求

1力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕

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)性能。因此,在掩部

設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。

2結(jié)構(gòu)考慮，合理布局

腕部承擔(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。

3必須考慮工作條件

對(duì)于本設(shè)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。

2.4.2腕部的結(jié)構(gòu)

根據(jù)本設(shè)計(jì)的方案，機(jī)械手無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)，因此無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸,腕部只包含驅(qū)動(dòng)手爪

的直線型液壓缸，因此腕部的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。腕部和手爪設(shè)計(jì)成一個(gè)整體.通過(guò)螺栓組

與手臂連接。

圖2-6手爪、手腕不意圖

Fig.2-6paws,wristschemes

如圖2-6所示，機(jī)械手的腕部主要包含一個(gè)直線型液壓缸,當(dāng)液壓缸沖入壓力油

時(shí),液壓缸右腔壓力上升,彈簧壓縮、液壓桿左移,機(jī)械手抓打開(kāi)夾取物體，當(dāng)液壓

缸卸載時(shí)，

壓力消失，彈簧壓力推動(dòng)液壓桿右移，此時(shí)手爪夾有物體.所以液壓桿不能右移，此

時(shí)靠彈簧壓力夾緊工件。腕部右端通過(guò)螺栓組與手臂連接。

2.4.3手腕螺栓組的設(shè)計(jì)及校核

手腕通過(guò)螺栓組與手臂連接，因此要進(jìn)行螺栓組的校核⑹。螺栓組有兩個(gè)水平

布置的螺栓組成,采用普通螺栓，通過(guò)預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳遞載荷。連接螺栓的中

心線之間的距離是30mm，如圖2-7所示。

圖2-7螺栓組受力圖

Fig2-7boltbytryingtogroup運(yùn)輸機(jī)器人的手爪、工件、手腕可以等效為一個(gè)

質(zhì)點(diǎn)，等效質(zhì)量為10kg，重F=100N,距離螺栓組的中心的距離為80mm。對(duì)螺栓組

進(jìn)行受力分析，機(jī)械手手抓、工件、手腕的等效重力可以等效為作用在螺栓組中心

的一個(gè)豎直向下的力和一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牡刃Я?。如圖4-2所示.

重力作用在每個(gè)螺栓上的力的力：

1F=2F=1OO2

二50N翻轉(zhuǎn)力矩:M=GL(2-9

M=GL=100x0.08M=8NM?

由力矩產(chǎn)生的力：2F二

Mr(2-102F=Mr=80.015m

NM-=533N.,.maxF=1F+2F=50+533=583N

螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取n=07預(yù)緊力：

Q=maxF/r|=583N/0.7=833N

螺釘材料選擇Q235,取4.6級(jí),240smpao=取安全系數(shù)n=1.5

240[]1601.5

s

mpanoo===緊螺栓連接在裝配時(shí)必須將螺母擰緊，所以螺栓螺紋部分不僅受

預(yù)緊力PQ所產(chǎn)生的拉

應(yīng)力的作用，同時(shí)還收螺紋副間的摩擦力矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。

由于螺栓材料是塑性材料，且受拉伸與扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力，故可按第四強(qiáng)度理論來(lái)確

定螺栓螺紋部分的應(yīng)力計(jì)算，即

y]a+3r.yjcr+3r.

2L3caoo=(2-11本設(shè)計(jì)螺栓為只受預(yù)緊力的緊螺栓連接，這種螺栓連接不受

軸向工作載荷，只受預(yù)緊力的作用。預(yù)緊力的大小可由下式來(lái)確定。螺栓危險(xiǎn)刨面

的強(qiáng)度條件為

1.3[]caooo=<

即2

1

1.3[]4PQdo<(2-12

或

ld>

（2-13

J3+3，

J4召（（回

12.93dmm>=取d=5mm為公稱直徑的普通螺栓。

2.5臂部的設(shè)計(jì)

2.5.1臂部設(shè)計(jì)的基本要求

1臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕

根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。提高支撐剛度和合理選擇支撐

點(diǎn)的距離。合理布置作用力的位置和方向。注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。提高配合精度。

2臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小

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10001500

ms,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在0180內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為1000mms，平均回

轉(zhuǎn)角速度在090。在速度和回轉(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：

減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。

減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。

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。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。

3手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活

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。

2.5.2臂部的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本運(yùn)輸機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，機(jī)械手臂只需要上下移動(dòng)，并不需要伸縮。運(yùn)輸

機(jī)器人在導(dǎo)軌上移動(dòng)，導(dǎo)軌和運(yùn)輸帶末端的距離一定，所以設(shè)計(jì)好臂長(zhǎng)就能保證機(jī)械

手對(duì)工件的夾取,那么機(jī)器人的手臂就只有一個(gè)上下移動(dòng)的自由度，而手臂的升降通

過(guò)機(jī)身的直線的液壓缸實(shí)現(xiàn)。手臂結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。

圖2-8手臂不意圖

Figure2-8armschemes

2.5.3機(jī)械手臂的螺栓組設(shè)計(jì)及計(jì)算

機(jī)械手臂比較簡(jiǎn)單,無(wú)旋轉(zhuǎn)液壓缸和直線液壓缸，機(jī)械手臂采用鋁合金材質(zhì)，重量

較輕，手臂截面采用工字型結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，結(jié)構(gòu)承載能力高。機(jī)械手臂通過(guò)螺栓

組與機(jī)身連接，手腕通過(guò)螺栓組與手臂連接,因此要進(jìn)行螺栓組的校核。螺栓組有兩

個(gè)水平布置的螺栓組成，采用普通螺栓，通過(guò)預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳遞載荷。連接螺

栓的中心線之間的距離是60mm。

圖2-9手臂截面

Fig.2-9armsection機(jī)械手手爪、手腕、手臂可以等效成一個(gè)重12kg，距離螺

栓組中心約為400mm的重力，根據(jù)理論力學(xué)的知識(shí)可以將機(jī)構(gòu)的偏重力等效為一

個(gè)過(guò)螺栓組中心的重力和一個(gè)力偶。

重力作用在每個(gè)螺栓上的力的力1F=2F=1202

=60N翻轉(zhuǎn)力矩:M=GL=120x0.4M=48NM?

由力矩產(chǎn)生的力：2F=2ML=4820.03

NM-x=800NMmaxF=1F+2F=60+800=860N

螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取『0.7

預(yù)緊力：Q=maxF/)1=860N/0.7=1229N

螺釘材料選擇Q235,取4.6級(jí),240smpao=取安全系數(shù)n=1.5

240[]1601.5

s

mpan。（尸==緊螺栓連接在裝配時(shí)必須將螺母擰緊,所以螺栓螺紋部分不僅受

預(yù)緊力PQ所產(chǎn)生的拉應(yīng)力的作用，同時(shí)還收螺紋副間的摩擦力矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)

力的作用。

由于螺栓材料是塑性材料，且受拉伸與扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力，故可按第四強(qiáng)度理論來(lái)確

定螺栓螺紋部分的應(yīng)力計(jì)算，即

1.3caoo===

:222

^<7+3rr^<r+3rz

遼寧J_程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

本設(shè)計(jì)螺栓為只受預(yù)緊力的緊螺栓連接，這種螺栓連接不受軸向工作載荷，只受

預(yù)緊力的作用。預(yù)緊力的大小可由下式來(lái)確定。螺栓危險(xiǎn)刨面的強(qiáng)度條件為

1.3[]caaao=<

即

21

1.3[]4

P

Qdo<

或

ld>

4x1.3?！?/p>

加。］

13.5dmm>

4x1.30,

取d=10mm為公稱直徑的普通螺栓。

2.6機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算

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)。

2.6.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì)

機(jī)身承載著手臂.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：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)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。

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。

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)。

分析：

根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求,本設(shè)計(jì)只要求機(jī)身的升降。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng),如

圖所示,?；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。

花鍵軸與升降缸的下端蓋用鍵來(lái)固定，下端蓋與小車的外殼固定。這樣就固定了花

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)圖2-10。

王林:車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2-10機(jī)身的結(jié)構(gòu)

Fig.2-10thestructureofthefuselage

2.6.2手臂偏重力矩的計(jì)算

i-------r[irn]

圖6-2手臂各部件中心位置圖Fig.6-2armpartscenterlocations

1零件重量G工件、G爪、G腕、G臂等。

=5kgG工件

現(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂散粗略估算:G爪和G腕總共5Kg

二2kgG臂

G=總G工件+G爪+G腕+G臂=12Kg

2計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離Po

p工件=600mm

P手和腕=500inmc臂=200mm

GGGGpppp++=

手腕手腕工件工件臂臂

總

(2-14

GGGGpppp-H-=

手腕手腕工件工件臂臂

總

=492mm

所以，回轉(zhuǎn)半徑p=492mm3計(jì)算偏重力矩

MGp*偏

MGpj軟偏=12kgx0.492mx10=59NM[7]

2.6.3升降不自鎖條件分析計(jì)算

手臂在G總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)。由力的平衡

條件有：

1RF=2RFlRFh=G總p

即lRF=2RF=Ghp總

所謂的不自鎖條件為：

G總1

12122RFFFFf>+==

即G總2>Gh

P總f

2hfp>

取0.16f二則

0.32hp>

當(dāng)p=492mm時(shí),0.32p=l57.5mm

因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于157.5mm。

2.6.4手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算

FFFFG=++土慣摩密

式中F摩一摩擦阻力

12FFf=摩取f=0.16

G——零件及工件所受的總重。1F慣的計(jì)算

Gv

Fgt

A=

△總慣（2-15設(shè)定速度為AV=4min;起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差A(yù)t=0.02s;G總近似

估算為80Kg;將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：

GvFgt△=

A總慣809.80.0672689.80.02s

Ns

xx==x2F摩的計(jì)算

12RFFf

二摩

12809.80.49225070.157RRGKgNKgmFFNhm

pxX==

==總1

2RFFf==g2x25070.16x=802.24N

3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0.03FF二密

最后通過(guò)以上計(jì)算

當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí),F=3575N

當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)吐F=3575-(800x2=1975N

2.6.5液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定

經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=3575N,根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工

作壓力P=lMPa

1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸

液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算.如圖2-11所示。

F

FI

圖2-11雙作用液壓缸示意圖

Figure2-11dualactionhydrauliccylinderschemes

當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，

2

14

DFFp

兀nn

當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中：

(

2224

DdFFp

兀甲1

液壓缸的有效面積:

lFSp=

故有

D=

（有桿腔（2-17

因

F=3575N,lp6=110pax,選擇機(jī)械效率前.95=將有關(guān)數(shù)據(jù)代入:

===根據(jù)表2-2（JB826-66，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=70mm。2液壓缸

外徑的設(shè)計(jì)

根據(jù)裝配等囚素片慮到液壓缸的臂厚在1。山山,所以該液壓缸的外徑為

90mm。3活塞桿的計(jì)算校核

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天于

直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算:[]24F

doo=<(2-18

設(shè)計(jì)中活塞桿取材科為碳剛，故口。100120^^2=,活塞直徑d=50mm,現(xiàn)在進(jìn)行

校核。

6622

35752.8510100100.0544F

Mpado==x<xx結(jié)論:活塞桿的強(qiáng)度足夠。

2.6.6電動(dòng)機(jī)的選擇

機(jī)身部使用了1個(gè)電機(jī)，該電動(dòng)機(jī)通過(guò)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人在導(dǎo)軌上雙向移

動(dòng)。選擇Y90S-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為

IP44,冷卻方式為I(014即全封閉自扇冷去U,額定電后為380V，額定功率為50HZ。

如表2.3Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：

表2-3Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)

Table.2-3Y90S-4motortechnologydata

型號(hào)/KWAr/min/%

數(shù)/A/NM/NM

Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2

2.7機(jī)身傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

運(yùn)輸機(jī)器人通過(guò)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)身在導(dǎo)軌上的做雙向移動(dòng)，為

此需要設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速很高，因此要通過(guò)減速來(lái)達(dá)到需要的轉(zhuǎn)

速。本設(shè)計(jì)通過(guò)二級(jí)齒輪實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的減速[8],如苗2-12所示。

電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1400r/min，初選傳動(dòng)比i=20,選擇齒輪的模數(shù)為2,

齒輪1取齒數(shù)Zl=20,則d1=mz=2x20=40mm

齒輪2齒數(shù)Z2=ilxZ1=4x20=80,d2=mz=2x80=160mm

齒輪3齒數(shù)Z3=20,則d3=mz=2x20=40mm

齒輪4齒數(shù)Z4=i2xZ3=5x20=100,d4=mz=2xl00=200mm輸出轉(zhuǎn)速

nl=n/20=1400/20=70i7min=1.17r/S

設(shè)計(jì)輪子直徑為100mm,速度v=n1x3.14x

XX

齒輪3懿4

XX

100=367mm/s

圖2-12傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

Fig.2-12transmissionmechanism

3運(yùn)輸機(jī)器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1可編程控制器的簡(jiǎn)介

可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PLC[9],它采用一類可編程

的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作

等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)

程?？删幊踢壿嬁刂破鲗?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,基本構(gòu)成為：

1電源

可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良

好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對(duì)電源

的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。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。

2中央處理單元（CPU

中央處理單元（CPU是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制

器系統(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。當(dāng)可編程邏

輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，苣先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù).并分

別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按

指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有

的用戶程序執(zhí)行完畢之后.最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)

傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性,近年來(lái)對(duì)大型可編程邏輯控制器

還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU

出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

3存儲(chǔ)器

存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。

4輸入輸出接口電路

現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控

制器與

現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選

通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)

的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

5功能模塊

如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。

6通信模塊

3.2PLC的發(fā)展

1968年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求；

1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程邏輯控制器PDP—14,在美

國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制.這是

第一代可編程邏輯控制器，稱Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC°

1969年，美國(guó)研制出世界第一臺(tái)PDP-14;

1971年，日本研制出第一臺(tái)DCS-8;

1973年，德國(guó)研制出第一臺(tái)PLC;

1974年，中國(guó)研制出第一臺(tái)PLCO

20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可

編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能,完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征

的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相

結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后,為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可

編程邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController(PLCo

20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已

全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、

更可靠的J.業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、P1D功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)

代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得

廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可

編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期,是可編程邏輯控制器

發(fā)展最快的時(shí)期,年增長(zhǎng)率一直保持為30?40%。在這時(shí)期,PLC在處理模擬量能

力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器

逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域衣某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS

系統(tǒng)。

20世紀(jì)末期,可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這

個(gè)時(shí)期

發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)

界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。

在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程

邏輯控制器工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。

可編程邏輯控制器及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成

一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)

域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能

應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程

語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特

點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求估算

輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性

等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

3.3PLC的應(yīng)用概況

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣,并在迅速擴(kuò)大,對(duì)于而今的PLC幾乎可以說(shuō)凡是需要

控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC,尤其近幾年來(lái)PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛

應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。

按PLC的控制類型,其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。

1用于邏輯控制

這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制

器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。

2用于模擬量控制

PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。

3用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制

現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC及計(jì)

算機(jī)控制（CNC緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。

4用于工業(yè)機(jī)器人控制

5用于多層分布式控制系統(tǒng)

高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力,可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)

程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自

動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。

3.4PLC的特點(diǎn)

1可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中

可靠地工作,PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的FI系列PLC平均無(wú)故

障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)小時(shí)，這是一般微機(jī)所不能比擬的。

2控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)當(dāng)、通用性強(qiáng)

由于PLC是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能,對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變

需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。

3編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便

4組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣

PLC既可用于開(kāi)關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制;既可用單片機(jī)控制,又可用

于組成多級(jí)控制系統(tǒng);既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng),又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此,PLC應(yīng)用范圍

很廣。5體積小、重量經(jīng)、功耗低

PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小,重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗

約1.2KW。

3.5運(yùn)輸機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求

本課題為車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用于車間不同工序之間工件的搬運(yùn),本次設(shè)

計(jì)為三條工序的運(yùn)輸程序,如圖有三道工序,四個(gè)限位開(kāi)關(guān),其中第二道工序有兩個(gè)

限位開(kāi)關(guān),SQ2用于放置從第一道工序搬運(yùn)到的工件,SQ3用于第二道工序加工后零

件的放置。運(yùn)輸機(jī)器人通過(guò)導(dǎo)軌在各道工序之間運(yùn)行。在圖中有有六個(gè)輸入端，分

別是第一道工序的呼叫按鈕X6,當(dāng)?shù)匾坏拦ば蚣庸ね旰螅僮鞴と税聪潞艚邪粹oX6,

信號(hào)傳入PLC，運(yùn)輸機(jī)器人將工件搬到下一道工序。第二道工序的呼叫按鈕X7,當(dāng)

工件完成第二道工序的加工后,操作工人按下呼叫按鈕X7,信號(hào)傳入PLC,運(yùn)輸機(jī)器

人將工件運(yùn)到下一道工序。此外還有限位開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4,分別對(duì)應(yīng)

XI、X2、X3、X0,當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人處于限位開(kāi)關(guān)位置時(shí)，開(kāi)關(guān)量接通并將信號(hào)傳入

PLC。在運(yùn)輸機(jī)器人上有兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)X4,X5。其中X4為上行開(kāi)關(guān),X5為下行

開(kāi)關(guān)。

m?TO

uu

圖3?1運(yùn)輸機(jī)器人工作示意圖

Figure3-1transportationrobotsworkschemes

運(yùn)輸機(jī)器人的機(jī)械手設(shè)計(jì)成始終處于加工后工件上方的直線空間內(nèi)，即機(jī)器人

位于限位開(kāi)關(guān)M,機(jī)械手始終位于工件的正上方，所以機(jī)械手只需具有上下移動(dòng)加

緊、放松的功能即可,因此降低了對(duì)機(jī)械手功能的要求。機(jī)械手的夾緊放松由直線

型液壓缸和機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并有雙向電磁閥控制。機(jī)械手的上下移動(dòng)同樣由直線型

液壓缸實(shí)現(xiàn),由雙向電磁閥控制。小車在導(dǎo)軌的移動(dòng)由雙向電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，由兩個(gè)開(kāi)關(guān)

控制正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)還有YO、Yl、Y2、Y3、Y4五個(gè)輸出，其中Y0接通機(jī)械手上

行,Y1接通機(jī)械手下行,Y2接通時(shí)機(jī)器人右行,Y3接通時(shí)機(jī)械手左行,Y4

上及任

OIIQTRfi

工

接通時(shí)機(jī)械手夾緊。

圖3-2運(yùn)輸機(jī)器人工作示意圖

Figure3-2transportrobotsworkschemes

3.6編程原理分析

1當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ1時(shí),X6處有呼叫,則將工件搬至SQ2處，并停

在此處。

2當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ1時(shí),X7處有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先移動(dòng)到限

位開(kāi)關(guān)SQ3處，然后將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ4處,并停在此處。

3當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQI時(shí),X6、X7處均有呼叫，則運(yùn)輸機(jī)器人先將

工件搬到SQ2處,然后再移動(dòng)到SQ3處,將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ4處，并停在此處

4當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ2時(shí),X6處有呼叫，則運(yùn)輸機(jī)器人先移動(dòng)到限

位開(kāi)關(guān)SQ1處，然后將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ2處,并停在此處。

5當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ2時(shí),X7處有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先移動(dòng)到限

位開(kāi)關(guān)SQ3處，然后將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ4處,并停在此處。

6當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ2時(shí),X6、X7處均有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先將

X7處工件搬到SQ4處,然后在移動(dòng)到SQ1處,將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ2處，并停在此

處.7當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ4時(shí),X7處有工件,則運(yùn)輸機(jī)器人先移動(dòng)到限位

開(kāi)關(guān)SQ3處，然后將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ4處,并停在此處。

8當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ4時(shí),X6處有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先移動(dòng)到限

位開(kāi)關(guān)SQ1處，然后將工件搬到限位開(kāi)關(guān)SQ2處，并停在此處

9當(dāng)運(yùn)輸機(jī)器人停在限位開(kāi)關(guān)SQ4時(shí),XI、X2處均有工件，則運(yùn)輸機(jī)器人先移

動(dòng)到限位開(kāi)關(guān)SQ1處，將工件搬到SQ2處,然后在移動(dòng)到SQ3處，將工件搬到限位開(kāi)

關(guān)SQ4處,并停在此處。

3.7PLC程序的編寫

首先進(jìn)行選型，確定好I/O點(diǎn)數(shù)，應(yīng)該考慮未來(lái)擴(kuò)充和備用的需要，留10%-20%的

輸入/輸出點(diǎn)數(shù)作備用。

模擬輸入/輸出接口:它是用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的。這些接口測(cè)量流量.

溫度和壓力的數(shù)量值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口量程為-10-

+10v,0—+10v,4—20mA或10—50mA。PLC供電電源一般為AC220V或

DC24V電源。因此運(yùn)輸機(jī)器人的電源選擇為AC22OV電源.DC24V輸入。

綜上所述，由于在PLC行業(yè)中中三菱公司的FX系列吸收了整體式和模塊式

PLC的優(yōu)點(diǎn)，體積小，外部結(jié)構(gòu)美觀以及靈活多變的系統(tǒng)配置，功能強(qiáng)，使用方便，因

此選擇三菱

FX系列PLC作為運(yùn)輸機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)［10］。在FX系列PLC中FX2N

的功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC。并且可選用不同的子系列,避免了功能的浪費(fèi),

用最少的投資來(lái)滿足系統(tǒng)的要求。運(yùn)輸機(jī)器人的DO點(diǎn)數(shù)分別為20個(gè)和5個(gè)，因此

選擇的I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)為25個(gè)。輸出形式選擇為繼電器輸出，因此選擇的PLC型號(hào)為

FX2N-48MRo

3.7.1PLC的I/O口分配

表口分配

Table3-1theI/Omouthdistribution

限位開(kāi)關(guān)1XI手臂上升Y0

限位開(kāi)關(guān)2X2手臂下降Y1

限位開(kāi)關(guān)3X3運(yùn)輸機(jī)器人右行Y2

限位開(kāi)關(guān)4X0運(yùn)輸機(jī)器人左行Y3

上限位X4手抓夾緊Y4

下