工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文摘要：實(shí)踐證明，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，改善勞動(dòng)條件，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，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。關(guān)鍵詞：機(jī)械手可編程序控制器(PLC)技能特性引言我國(guó)機(jī)械手的研究和應(yīng)用起步較晚，但是隨著國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的快速發(fā)展、社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)械手得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)裝配機(jī)械手發(fā)展的直接動(dòng)力。PLc是可編程序控制器的簡(jiǎn)稱，于60年代末期在美國(guó)首先出現(xiàn)，目的是用來(lái)取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，PLc己十分成熟與完善。當(dāng)前的中國(guó)，隨著生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，工業(yè)發(fā)展的步伐越來(lái)越快在各行業(yè)各領(lǐng)域，對(duì)自動(dòng)化程度的要求也愈來(lái)愈高．了更好地適應(yīng)這種情況，科學(xué)技術(shù)必須被廣泛地應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中，而PLc以其自身的優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)扮演著重要的角色，不容忽視!1、設(shè)計(jì)原理機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)．驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成．。機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括手部、手臂和軀干。手部安裝在最前端，任務(wù)是來(lái)準(zhǔn)確的抓取工件，當(dāng)然一說(shuō)到手一定是與人的相似，所以必須具備手指，而且應(yīng)具有與人手相似的動(dòng)作或能代替人完成一系列的動(dòng)作，以此來(lái)達(dá)到目的。手臂的作用是用來(lái)輔助手部準(zhǔn)確的抓住工件并能夠轉(zhuǎn)移到所需要的位置，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)有兩種：一個(gè)是上下直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是左右直線運(yùn)動(dòng)。因此其必須安裝有液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、電磁閥等作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分或輔助系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其主要以電氣和氣壓驅(qū)動(dòng)為主，只有少量的運(yùn)用液壓和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)主要是驅(qū)動(dòng)大體積的重型工業(yè)設(shè)備如：鍋爐等。它的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、力量大動(dòng)作平穩(wěn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)繁瑣．成本高．而且需要配備壓力源。氣壓驅(qū)動(dòng)的元件是氣壓缸、氣壓馬達(dá)等。一般采用4—6個(gè)大氣壓．也有一些更大的．具體要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定，雖然它的力量比較小、體積比較重，但是出于廉價(jià)，而且不影響動(dòng)作。所以我們的手部采用此種驅(qū)動(dòng)。電氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母機(jī)構(gòu)。我們通用的機(jī)械手則考慮到用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直或交流司服電機(jī)、和變速箱等電氣驅(qū)動(dòng)有動(dòng)力源簡(jiǎn)單、維護(hù)和使用比較方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用一種形式的動(dòng)力，力量比較大。所以本設(shè)計(jì)用該種驅(qū)動(dòng)形式。蕞且是電磁閥驅(qū)動(dòng)氣壓缸的形式。機(jī)械手的控制要素主要包括工作的順序、能提起多大的重量、運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、到達(dá)的位置等。具體還要加上點(diǎn)控和連續(xù)控制?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求設(shè)計(jì)數(shù)字順序。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后在根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)工作。為了使其程序簡(jiǎn)單、修改容易等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用PLC控制系統(tǒng)來(lái)完成操作。2、機(jī)械手的機(jī)能和特性機(jī)械手最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：(1)可編程生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化。機(jī)械手可隨其工作環(huán)境變化的需要再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個(gè)重要組成部分。(2)擬人化機(jī)械手在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化機(jī)械手還有許多類似人類的“生物傳感器”，如接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器等．傳感器提高了機(jī)器手對(duì)周圍環(huán)境的白適應(yīng)能力。(3)通用性除了專門設(shè)計(jì)的專用機(jī)器手外，一般機(jī)械手在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換機(jī)械手手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。(4)機(jī)電一體化機(jī)械手技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其它技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以從一個(gè)方面驗(yàn)證一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平。3、機(jī)械手的分類目前世界各國(guó)對(duì)處于發(fā)展階段的機(jī)械手還沒(méi)有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，大致有以下幾種分類方法。3.1按使用范圍分類(1)固定程序的專用機(jī)械手通常根據(jù)主機(jī)的特定要求設(shè)計(jì)成固定程序(或簡(jiǎn)單的可變程序)。這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;-工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:式中:-工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:-工件的重量(N);-工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm),-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s);-起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s);—起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏+()式中:-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N);-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則.3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩()式中:，-轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm);-摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承;,-處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù),得:同理，根據(jù)(F),得:式中:-的重量(N),—如圖4-1所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).參考文獻(xiàn)：[1]機(jī)械設(shè)備控制基礎(chǔ)-王本軼(主編)-北京機(jī)械工業(yè)出版社2005[2]可編程控制器及應(yīng)用-萬(wàn)太福唐賢永(主編)-重