搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計【含13張CAD圖紙】【JS系列】

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，所見即所得，CAD圖紙均為高清圖可自行編輯，文檔WORD都可以自己編輯的哦，有疑問咨詢QQ:1064457796,課題后的【XX系列】為整理分類用，與內(nèi)容無關(guān)，請忽視 譯文： 題目 機械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)工作周期的優(yōu)化問題 出處：springerBogdan Posiadala Mateusz Tomala Dawid Cekus Pawe WarysReceived: 25 February 2014 / Revised: 27 March 2014 / Accepted: 4 April 2014 / Published online: 5 May 2014 The Author(s) 2014. This article is published with open access at Springerlink.com摘要：在這項工作中，機械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的工作周期的優(yōu)化運動建模問題一直受到關(guān)注。在任何空間工作周期條件下的機械手元件的運動方程已制定。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程完成了該公式的編制。利用商業(yè)軟件得到了系統(tǒng)的運動方程。為每個致動器考慮所選擇的運動模型是具有準(zhǔn)梯形速度分布的點至點運動模型。此外,優(yōu)化問題提出了一個特定的工作周期。優(yōu)化目標(biāo)已被選為最小化致動器的負載(扭矩)。他目標(biāo)函數(shù)已經(jīng)在每個考慮執(zhí)行機構(gòu)制定了使用性能指標(biāo)和設(shè)計變量的額定速度值和工作周期的初始時間值。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解該優(yōu)化問題。數(shù)值計算已使用完畢并且專門執(zhí)行軟件和計算的結(jié)果已被附加到文書工作。B. Posiadala M. Tomala (B) D. Cekus P. Warys Institute of Mechanics and Machine Design Foundations,Czestochowa University of Technology, Czestochowa, Poland e-mail: tomalaimipkm.pcz.pl關(guān)鍵詞:建模學(xué)，動力學(xué)，機器人，機械手，運動，優(yōu)化一、引言多體系統(tǒng)動力學(xué)現(xiàn)象的建模與分析問題一直是許多工作的主題。在作品1-3，這個文章的作者提出的建模和汽車起重機及其組件的動態(tài)分析的問題。從這項工作的角度來看，這是值得引用的作品47。在作品中，機器人的建模和優(yōu)化問題已經(jīng)提出不同的目標(biāo)函數(shù)和約束應(yīng)用于算法。 在這部作品中,4R機械手的動力學(xué)建模的問題已經(jīng)提出。此外，優(yōu)化的點對點的工作周期的問題已經(jīng)制定和解決。示例性計算已經(jīng)執(zhí)行和計算的結(jié)果已被附加到文書工作。二、機械手的運動學(xué)和動力學(xué) 在一個三維空間中操縱器和四個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(4R機械手)允許定位機械手的末端執(zhí)行器,另外,允許旋轉(zhuǎn)的制動裝置機械手。這樣的系統(tǒng)是一個開放的運動鏈,以簡單的形式顯示在圖1?？紤]系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)一直在制定全球坐標(biāo)系統(tǒng)OXYZ笛卡爾,如圖1所示。機械手的模型由四自由度剛體的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連接P，Q，S和N。所有功能的運動學(xué)已經(jīng)確定使用經(jīng)典力學(xué)引入局部坐標(biāo)系永久連接到所考慮的運動鏈的機構(gòu)。開放運動鏈的運動學(xué)問題被廣泛描述的作品8-12。圖1 4R機器人的方案機器人機械手的逆動力學(xué)問題與轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)包括確定每個考慮關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的變化,而位置,速度和加速度函數(shù)是已知的。解決這個問題的最好方法是制定適當(dāng)?shù)臋C械功能(動力學(xué)和潛在)能源和使用拉格朗日第二類方程。如果L是拉格朗日,考慮機械手的動力學(xué)方程是:廣義坐標(biāo)：q= (2)拉格朗日是系統(tǒng)的總動能減去總勢能。由于每個元素的系統(tǒng)被認為是一個剛體，一個特定的元素的動能是平移和旋轉(zhuǎn)運動的動能總和。一個特定元素勢能是重元素乘以距離勢能最小（全球框架Oxy平面）。在這項工作中，還提出了4R機械臂的優(yōu)化問題。優(yōu)化的目標(biāo)是最小化每個考慮的致動器的轉(zhuǎn)矩。目標(biāo)函數(shù)可以使用性能指數(shù)12制定。對于一個特定的致動器，該指數(shù)具有一個形式：三、運動模型在這部作品中,點對點模型的運動已被接受。在文獻中，各種型號的速度分布可以滿足。例如,配置文件可以被選為梯形,正弦或拋物線12。在這項工作中，一個準(zhǔn)梯形速度分布已采取。速度和加速度的時間變化如圖2和圖3所示。其中數(shù)據(jù)是所有重要的工作周期參數(shù)。圖2選擇運動模型的角速度隨時間變化圖3選擇運動模型的角加速度隨時間變化從優(yōu)化的角度來看，最重要的參數(shù)是工作周期的開始時間及其額定速度。在每個考慮關(guān)節(jié)角位移可以簡單地計算為:額定速度保持的最大加速度和持續(xù)時間等于：設(shè)計變量可以被收集到一個向量：四、粒子群優(yōu)化算法 粒子群優(yōu)化算法是一種最現(xiàn)代的隨機優(yōu)化技術(shù),是1995年由肯尼迪和埃伯哈特在工作中首次提出的13。從一開始,這種方法得到了廣泛的發(fā)展，不斷的應(yīng)用以及修改到目前為止,例如14-16。在機器人技術(shù)中，這種方法通常被用來找到最佳的幾何參數(shù)和慣性參數(shù)的固定機器人，如機械手4-7。它也被用于移動機器人找到二維空間的移動機器人最優(yōu)軌跡。 粒子群優(yōu)化算法是基于觀察自然界中出現(xiàn)的現(xiàn)象，如昆蟲或魚群的覓食。粒子群的每個粒子都能夠記住并使用它的經(jīng)驗，從整個迭代過程中，也可以與其他成員進行溝通。粒子群是能夠識別“好”領(lǐng)域的領(lǐng)域，并可以在這些領(lǐng)域?qū)ふ乙粋€最佳的。圖4約束粒子群優(yōu)化算法的簡化方案設(shè)計變量的初始值（特定粒子的位置）是隨機的。然后，在一個迭代步驟n + 1，所覆蓋的距離在m方向的粒子（在m個方向的粒子的速度）如下： 在是收縮因子，是在先前的迭代速度，w是一個權(quán)重系數(shù)，和是隨機實數(shù)從（0；1），和是學(xué)習(xí)的因素，是考慮粒子從整個迭代過程和一個人最好位置是一個全球性的最佳位置以獲得整個群。在公式中，三個不同的影響因素可以確定：第一是慣性的影響，其次是個人的影響，第三是社會影響。還有另一個版本的這個公式,全球最佳位置通用被替換為一個本地最好的位置。在這個版本中，每個粒子都有指定的鄰域，并將其個人最好的位置和附近的鄰居進行比較。此外，在每個考慮方向的最大速度應(yīng)設(shè)置為保護群從爆炸： (9)其中是M個方向的最大速度。每一個粒子在每一個方向上的一個新位置等于：在迭代過程中，設(shè)計變量的值必須滿足某些約束條件。所有變量都必須是正的。速度的跡象是已知的，并依賴于每個被認為的致動器的角位移的跡象（第3章）。此外，速度被限制的最大速度，可在每個致動器中。此外，最大時間的工作周期是指定的，并為每個關(guān)節(jié)的最大轉(zhuǎn)矩值是已知的。所有制定的限制如下：00考慮到前面介紹的運動模型（第3章）：=-在粒子群優(yōu)化算法中，引入了懲罰函數(shù)。有必要重新約束成下面的形式：罰函數(shù)可以被假定為：F（x）=r是數(shù)量的限制。在式（17）中，是校正因子為罰函數(shù)和的校正因子為每個約束。max函數(shù)以值0當(dāng)（x）0，（x）時，（x）0。h(n)函數(shù)依賴于迭代步驟，并已被假定為：h(n)=n 使用的注意事項包含在2和3，無約束優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)可以制定：f(x)=min在權(quán)重系數(shù)和的功能進行了描述由方程（3）。將罰函數(shù)引入目標(biāo)函數(shù)，給出了一個新的目標(biāo)函數(shù)，給出了一個新的公式： 在這項工作中所使用的粒子群優(yōu)化算法，已提出了在圖4中的簡化形式。五、示范性計算在前幾章中介紹的算法，已被用來執(zhí)行的示范性計算。對4R機械手的工作周期的優(yōu)化問題進行了研究。設(shè)計變量是在每個考慮關(guān)節(jié)的啟動時間和額定速度，所以有8個設(shè)計變量。該工作循環(huán)包括從一開始點A到最后一點B的運動，同時夾持旋轉(zhuǎn)的裝置和一個負載。夾持裝置和負載被認為是一個剛性體。笛卡爾坐標(biāo)系的選擇點A 0.5,0.2,0.8 和點B1.3,1.3,0.9 。3r機械手的逆運動學(xué)問題已經(jīng)得到解決和特定的旋轉(zhuǎn)制動裝置設(shè)置從-/3到/3(rad)。完整的逆運動學(xué)結(jié)果:0.38051,0.63141, 2.54841,1.04720 (22)(23)假定特定身體的中心被放置在身體的一半長度的一半。幾何和慣性參數(shù)：=0.4m, =1m, =0.8m, =0.4m, =0.7kg, =1.1kg, =0.8kg,=1.5kg,=0.05,0,0,0,0.03,0,0,0,0.05,=0.1,0,0,0,0.1,0,0,0,0.002,=0.1,0,0,0,0.1,0,0,0,0.002=0.05,0,0,0,0.05,0,0,0,0.001。運動模型參數(shù)：,。最大角速度和扭矩已被假定為：，。所選擇的粒子群優(yōu)化參數(shù)：X=0.8,。在每一種情況下，粒子數(shù)被設(shè)置為500，每一個迭代中的100次迭代。圖5優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例1圖6角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例1 四種不同情況下的優(yōu)化已經(jīng)調(diào)查了不同的工資值。在第一種情況下,所有的重量系數(shù)是相等的:=0.25。對于這種情況,最終的目標(biāo)函數(shù)的值是672.63個人價值的性能指標(biāo):=3.52,=1487.58,=1201.36,=1201.36106。設(shè)計變量是0.90,0.13,1.15,0.90,0.13,0.00,8.92,3.87。在第二種情況下的權(quán)重系數(shù)是:=0.1,=0.5,=0.3,=0.1和1257.52的優(yōu)化結(jié)果和0.38,0.84,0.78,0.38,0.84,8.27,0.00,4.75。對于這種情況,個別性能指標(biāo)有:=0.36,=1170.88,=2236.31,=2236.31106。在第三個案例權(quán)重系數(shù)被選為:=0.1,=0.3,=0.5,=0.1。目標(biāo)函數(shù)的獲得的結(jié)果是945.61個人價值的性能指標(biāo):=6.83,=2794.95,=213.173,=213.173106和設(shè)計變量0.33,1.06,1.15,0.33,1.06,0.00,8.92,3.60。在第四個案例權(quán)重系數(shù):=0.05,=0.55,=0.35,=0.05和1236.84的優(yōu)化結(jié)果,0.69,0.13,1,15,0.78,2.34,0.02,8.92,2.41。對于這種情況,個別性能指標(biāo)有:=1.92,=1475.86,=1214.36,=1214.36106。所有的結(jié)果已被提出作為每個考慮的情況下的轉(zhuǎn)矩-時間變化（圖.5，7，9，11）。此外，速度時間限制已添加（圖6，8，10，12）。圖7轉(zhuǎn)矩變化與時間的優(yōu)化解決方案 案例2圖8角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例2圖9優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例3圖10角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例3圖11優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例4圖12角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例4六、結(jié)論 在這項工作中，優(yōu)化了4R機器人的動力學(xué)建模問題。該點與準(zhǔn)梯形速度輪廓點模型已被接受。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程得到了運動方程。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解優(yōu)化問題。設(shè)計變量是在每個致動器的額定速度和工作周期的開始時間。目標(biāo)函數(shù)是基于使用性能指標(biāo)的執(zhí)行器中的扭矩最小化的基礎(chǔ)上。 該算法可以用來研究不同的目標(biāo)函數(shù)和不同的設(shè)計變量的其他優(yōu)化問題。考慮可用于解決卷和柱狀節(jié)理機器人優(yōu)化問題，關(guān)鍵是要用目標(biāo)函數(shù)來確定設(shè)計變量。感謝 這項研究已經(jīng)進行了法律研究學(xué)士BS/PB-1-101-3010/13/P的力學(xué)和CZE,stochowa科技大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)研究所內(nèi)。本文是2013年二月到五月在第十二次定期會議動力系統(tǒng)理論與應(yīng)用上，由羅茲，波蘭提出 17 。開架閱覽 本文是根據(jù)創(chuàng)造性的共用許可證的條款，允許任何介質(zhì)中的任何用途，分布和復(fù)制，提供了原始作者(年代)和源被認為。參考文獻：1 Posiadala B (1999) Modelowanie i analiza zjawisk dynamicznych maszyn roboczych i ich elementw jako dyskretno-ciagych ukadw mechanicznych.Czestochowa,Poland (in Polish)2 Posiadala B, Tomala M (2012) Modeling and analysis of the dynamics of load carrying system. In: Proceedings of World Congress On Engineering and Computer Science. vol 2, pp 117011753 Posiadala B, Warys P, Cekus D, Tomala M (2013) The Dynamics of the Forest Crane During the Load Carrying. Int J Struct Stab Dyn 7(13). doi:10.1142/S02194554134001304Panda S, Mishra D, Biswal BB (2013) Revolute manipulator workspace optimization: a comparative study. Appl Soft Comput 13:8999105 Saramago SFP, Steffen V Jr (1998) Optimization of the trajectory planning of robot manipulators taking into account the dynamics of the system. Mech Mach Theory 33(7):8838946 Ur-RehmanR,Caro S,Chablat D,Wenger P (2010) Multi-objective path placement optimization of parallel kinematicsmachines based on energy consumption, shaking forces and maximum actuator torques: Application to the Orthoglide. Mech Mach Theory 45:113511417 Kucuk S (2013) Energy minimization for 3-RRR fully planar parallel manipulator using particle swarm optimization. Mech Mach Theory 62:1291498 SkalmierskiB(1998) Mechanika. Podstawy mechaniki klasycznej,Czestochowa (in Polish)9 Skalmierski B(1999) Mechanika. Podstawy mechaniki osrodkw ciagych,Czestochowa (in Polish)10 Awrejcewicz J (2012) Classical mechanics: kinematics and statics.Springer, New York11 Awrejcewicz J (2012) Classical mechanics: dynamics. Springer, New York12 Siciliano B, Sciavicco L, Villani L, Oriolo G (2009) Robotics:modeling, planning and control. Springer, London13 Eberhart RC, Kennedy J (1995) Particle swarm optimization. In:Proceedings of the IEEE International Conference on Neural Networks,vol 4, pp 1942194814Tarnowski W (2011) Optymalizacja i polioptymalizacja w technice.Koszalin, Poland (in Polish)15ClercM,Kennedy J (2002) The particle swarm: explosion, stability and convergence in amultidimensional complex space. IEEE Trans Evolut Comput 6(1):587316Cheng R, Yao M (2011) Particle swarm optimizer with timevarying parameters based on a novel operator. Appl Math Inf Sci5:333817PosiadalaB,TomalaM,Cekus D,Warys P (2013) Motionmodeling of manipulator with revolute joints underwork cycle conditions, In:Proceedings of the 12th Conference on Dynamical Systems Theory and Applications. DSTA 2013, pp 185194 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書院 別機電學(xué)院專業(yè)機械電子工程班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師職稱題 目搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計論文（設(shè)計）的主要任務(wù)與具體要求（有實驗環(huán)節(jié)的要提出主要技術(shù)指標(biāo)要求）進行生產(chǎn)線用搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計。包括主要機構(gòu)和傳動系統(tǒng)設(shè)計：機械手搬運最大物重：30Kg，直徑為：以下尺寸的圓形棒料。物品移動范圍為半徑為0.5m的扇形區(qū)域，高度變化范圍為：0.5m。動力裝置自定。如選用液壓系統(tǒng)，要設(shè)計出液壓系統(tǒng)圖和相應(yīng)電氣控制系統(tǒng)。要求設(shè)計壽命10年。完成機體和傳動機構(gòu)的總體設(shè)計，并完成指定零件的零件圖設(shè)計。進行必要零部件的受力分析與強度驗算；繪制總裝圖和相關(guān)零件圖。必要時進行優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)力分析。在以上給定參數(shù)條件下，設(shè)計出應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)元件最多，體積最小、機構(gòu)最為合理、強度足夠，基本能交付工程實際的設(shè)計資料。完成文獻資料收集，分析研究和綜述，撰寫開題報告。完成總體設(shè)計說明書或論文撰寫。要求設(shè)計學(xué)生具有綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識，專業(yè)知識和實踐技能；具有查閱科技文獻資料、使用各種標(biāo)準(zhǔn)、手冊以及獨立設(shè)計工作能力；具有較強的CAD繪圖能力，具有機械制造方面的基本知識；善于應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料。在綜合訓(xùn)練過程中鍛煉工程應(yīng)用能力，啟發(fā)創(chuàng)新思維。融會運用所學(xué)知識，在充分分析，研究，探討，綜合的基礎(chǔ)上完成畢業(yè)答辯。進度安排（包括時間劃分和各階段主要工作內(nèi)容）2011年12月15日2011年12月31日下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)；2012年2月20日2012年3月10日收集設(shè)計資料，熟悉相關(guān)知識，規(guī)范；進行設(shè)計問題分析和構(gòu)思，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告，開題；2012年3月11日3月24日，完成傳動方案設(shè)計和傳動路線擬定，傳動過程動力設(shè)計；2012年3月25日4月1日，完成機械結(jié)構(gòu)分析與計算，驗證方案合理性；2012年4月2日4月9日，完成傳動草圖設(shè)計，2012年4月10日4月18日，完成傳動與支撐總裝草圖；2012年4月19日4月26日，進行指定零件圖設(shè)計；進行元件強度驗算；2012年4月27日5月4日，完成總裝配圖繪制；2012年5月5日5月12日，完成指定零件圖繪制，進行必要的優(yōu)化和應(yīng)力分析；2012年5月13日5月18日，完成設(shè)計說明書或論文整理與撰寫，交畢業(yè)設(shè)計資料，評定成績；2012年5月19日5月20日，最后整理資料，準(zhǔn)備答辯問題，答辯；主要參考文獻進度安排（包括時間劃分和各階段主要工作內(nèi)容）2011年12月15日2011年12月31日下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)；2012年2月20日2012年3月10日收集設(shè)計資料，熟悉相關(guān)知識，規(guī)范；進行設(shè)計問題分析和構(gòu)思，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告，開題；2012年3月11日3月24日，完成傳動方案設(shè)計和傳動路線擬定，傳動過程動力設(shè)計；2012年3月25日4月1日，完成機械結(jié)構(gòu)分析與計算，驗證方案合理性；2012年4月2日4月9日，完成傳動草圖設(shè)計，2012年4月10日4月18日，完成傳動與支撐總裝草圖；2012年4月19日4月26日，進行指定零件圖設(shè)計；進行元件強度驗算；2012年4月27日5月4日，完成總裝配圖繪制；2012年5月5日5月12日，完成指定零件圖繪制，進行必要的優(yōu)化和應(yīng)力分析；2012年5月13日5月18日，完成設(shè)計說明書或論文整理與撰寫，交畢業(yè)設(shè)計資料，評定成績；2012年5月19日5月20日，最后整理資料，準(zhǔn)備答辯問題，答辯；注：畢業(yè)設(shè)計期間（2012.2.20 2012.5.25），每2周以系為單位對學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計情況進行檢查，每個學(xué)生準(zhǔn)備PPT等資料，自述5分鐘，指導(dǎo)教師提問并指導(dǎo)相關(guān)問題。時間初定為：3月22日；4月5日；4月19日；5月10日。參加設(shè)計的學(xué)生必須到場。指導(dǎo)教師簽名系（教研室）審核意見任務(wù)接受人（簽名）年 月 日審核人簽名： 年 月 日年 月 日備注：1、本任務(wù)書一式三份，由指導(dǎo)教師填寫相關(guān)欄目，經(jīng)系審核同意后，系、指導(dǎo)教師和學(xué)生各執(zhí)一份。 2、本任務(wù)書須裝入學(xué)生的畢業(yè)論文（設(shè)計）檔案袋存檔。 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目：搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計院 校： 專 業(yè)： 機械電子工程 年 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告院別機電學(xué)院專業(yè)機械電子工程班級姓名 學(xué)號聯(lián)系方式題目搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計開題申請：（包括選題的意義與目的、文獻綜述、研究現(xiàn)狀、創(chuàng)新思路、論文提綱、進度安排、參考文獻等。）一、 選題的意義與目的意義：機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運物體或操作工具的自動操作裝置。它可以代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和機械化，能在有害環(huán)境下操作以保證人的安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。在工業(yè)部門中應(yīng)用的機械手稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科機械手工程。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一它能部分的代替人工操作；其二它能按照生產(chǎn)工藝的要求遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的廣泛應(yīng)用 。 機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，它有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。選擇搬運機械手機構(gòu)與電路控制設(shè)計這個課題作為我的畢業(yè)設(shè)計，對我的專業(yè)機械電子工程，四年里所學(xué)的關(guān)于機械與電子的專業(yè)知識能夠進行一個系統(tǒng)的總結(jié)，因為這個畢業(yè)設(shè)計涉及里機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與電路控制系統(tǒng)的設(shè)計。是實際綜合設(shè)計訓(xùn)練；是一次全面的鍛煉和設(shè)計實踐；是工程技術(shù)的具體應(yīng)用；是能力提高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目的：代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機具進行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。通過畢業(yè)設(shè)計搬運機械手機構(gòu)與電路控制設(shè)計，對大學(xué)四年知識的總結(jié)，使自己在踏入社會就業(yè)，對機械行業(yè)設(shè)計這個領(lǐng)域能更加容易上手，鞏固自己的知識。二、國內(nèi)外研究概況及相關(guān)文獻綜述目前國內(nèi)工業(yè)機械手主要用于機床加工，鑄鍛，熱處理等方面，數(shù)量，品種，性能方面都不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，因此，國內(nèi)主要擴大機械手運用范圍，重點發(fā)展鑄鍛，熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在 運用專業(yè)機械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手，計算機控制機械手和組合式機械手等。國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷的修改，品種在不斷的增加，運用領(lǐng)域也在不斷的擴大。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手運用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床，摸鍛壓機的上下料，以及點焊，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，就將引起零部件機械手本身的損害。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界的條件的變化，做出相應(yīng)的變更。 3、 創(chuàng)新思路 機械手的機械結(jié)構(gòu)主要手抓、手腕、手臂、和機身組成，包括由兩個液壓回轉(zhuǎn)缸和三個液壓伸縮缸，采用液壓驅(qū)動方案控制機械手運動，用電磁閥控制的液壓缸來實現(xiàn)機械手的上升、下降、伸縮、翻轉(zhuǎn)運動及夾緊工件的動作，采用可編程序控制器對機械手實現(xiàn)自動控制。該設(shè)計將實現(xiàn)對直徑以下尺寸、重高達30kg的圓形棒料在移動范圍半徑為0.5m的扇形區(qū)域，高度變化范圍為：0.5m的區(qū)域內(nèi)進行可編程控制搬運。四、論文提綱論文摘要前言第一章 緒論 1.1機械手的研究概況1.2機械手發(fā)展方向1.3工業(yè)機械在生產(chǎn)中的應(yīng)用1.4本設(shè)計中研究的主要內(nèi)容第二章 搬運機械手的總體設(shè)計方案2.1機械手的組成2.1.1機械手的執(zhí)行機構(gòu)2.1.2機械手的驅(qū)動機構(gòu)2.1.3機械手的控制方式選擇2.2機械手的技術(shù)參數(shù)列表2.3機械手手部的設(shè)計計算2.3.1手部設(shè)計基本要求2.3.2 手部機構(gòu)的選擇2.3.3手抓的設(shè)計計算2.4腕部的設(shè)計計算2.4.1腕部設(shè)計基本要求2.4.2 腕部機構(gòu)的選擇2.4.3腕部的設(shè)計計算2.5臂部的設(shè)計計算2.5.1臂部設(shè)計基本要求2.5.2 臂部機構(gòu)的選擇2.5.3臂部的設(shè)計計算2.5.4液壓缸工作壓力及結(jié)構(gòu)的確定第三章 機身的設(shè)計計算3.1機身的總體設(shè)計3.2機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計計算3.3機身的升降機構(gòu)設(shè)計計算第四章 液壓系統(tǒng)的傳動機構(gòu)設(shè)計計算及總圖第五章 總體的控制電路設(shè)計及總圖第六章 總結(jié)參考文獻致謝五、進度安排2011年12月15日2011年12月31日下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)；2012年2月20日2012年3月10日收集設(shè)計資料，熟悉相關(guān)知識，規(guī)范；進行設(shè)計問題分析和構(gòu)思，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告，開題；2012年3月11日3月16日，完成傳動方案設(shè)計和傳動路線擬定，傳動過程動力設(shè)計；2012年3月17日3月27日，完成機械結(jié)構(gòu)分析與計算，驗證方案合理性；2012年3月27日4月5日，完成傳動草圖設(shè)計，2012年4月6日4月12日，完成傳動與支撐總裝草圖；2012年4月13日4月20日，進行指定零件圖設(shè)計；進行元件強度驗算；2012年4月21日5月1日，完成總裝配圖繪制；2012年5月2日5月13日，完成指定零件圖繪制，進行必要的優(yōu)化和應(yīng)力分析；完成設(shè)計說明書或論文整理與撰寫，交畢業(yè)設(shè)計資料，評定成績；最后整理資料，準(zhǔn)備答辯問題，答辯；六、參考文獻1 機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊，葉偉昌主編，機械工業(yè)出版社，2003.3。2 工業(yè)機器人運用技術(shù)，方新主編，科學(xué)出版社 北京，3 工業(yè)機器人設(shè)計， 周伯英編著，機械工業(yè)出版社，19944 郭愛蓮，新編機械工程技術(shù)手冊，經(jīng)濟日報出版社，1991。5 機械工程手冊電機工程手冊編委會，機械工程手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1982。6 工業(yè)機器人，吳振彪 王正家 主編 ，華中科技大學(xué)出版社，20007 機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動，成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社，20018 機械零件設(shè)計手冊，國防工業(yè)出版社，19849 液壓傳動，隗金文 王慧 主編，東北大學(xué)出版社，200110 液壓傳動與控制， 沈興全 主編，國防工業(yè)出版社，201011 液壓與氣壓傳動，劉延俊 主編，機械工業(yè)出版社，12 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書，陳立德主編，高等教育出版社，200713 工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)14 可編程控制器原理與應(yīng)用，范次猛主編，北京理工大學(xué)出版社.2006指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日教研室或系審核意見： 教研室（系）主任簽名： 年 月 日5論文題目：,姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師：,搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計,任務(wù)要求：,搬運最大物重：30Kg 直徑為： 以下尺寸的圓形棒料 移動范圍：半徑為0.5的扇形區(qū)域 高度變化范圍為：0.5m 設(shè)計壽命：10年 動力裝置自定，選用液壓系統(tǒng)，要設(shè)計出液壓系統(tǒng)圖和相應(yīng)電氣控制系統(tǒng)。,手抓設(shè)計：,滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部,腕部設(shè)計：,腕部回轉(zhuǎn)缸,手抓與手腕連接：,手臂設(shè)計：,雙向?qū)驐U手臂伸縮機構(gòu),機身設(shè)計：,回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機構(gòu),驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計：,控制電路設(shè)計：,從原位開始升降臂下降夾持器夾緊升降臂上升底座快進回轉(zhuǎn)底座慢進手腕回轉(zhuǎn)伸縮臂伸出夾持器松開伸縮臂縮回；待加工完畢后，伸縮臂伸出夾持器夾緊伸縮臂縮回底座快退(回轉(zhuǎn))底座慢退手腕回轉(zhuǎn)升降臂下降夾持器松開升降臂上升到原位停止，準(zhǔn)備下次循環(huán)。,謝謝觀賞,搬運機械手機構(gòu)設(shè)計與控制電路設(shè)計畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目： 搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計 （英文）： Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit 院 別： 機電學(xué)院 專 業(yè)： 機械電子工程 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 搬運機械手機構(gòu)設(shè)計與控制電路設(shè)計摘要機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運物體或操作工具的自動操作裝置。它可以代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和機械化，能在有害環(huán)境下操作以保證人的安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。在工業(yè)部門中應(yīng)用的機械手稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。它的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。設(shè)計包含了機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制電路設(shè)計，其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計這方面包含了機械手的手部結(jié)構(gòu)、腕部結(jié)構(gòu)、臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計及機身的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。在控制電路設(shè)計這方面包含了液壓驅(qū)動控制設(shè)計、器件的選擇設(shè)計、PLC可編程自動控制電路設(shè)計。本畢業(yè)設(shè)計搬運機械手機構(gòu)與控制電路設(shè)計非常適合作為機械電子工程這門專業(yè)大學(xué)四年的一個總結(jié)。因為其中包含了機械設(shè)計與電路設(shè)計，是機械與電子的結(jié)合體，能充分體現(xiàn)這門專業(yè)的內(nèi)涵。關(guān)鍵詞：機械手；手部；腕部；臂部；機身；液壓；電路Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit ABSTRACTManipulator is a kind of automatic control and from the new process to change the multi-function machine, he has multiple degrees of freedom, can carry objects to complete the work in different environments. Mechanical hand can imitate hand and arm function for some action, according to a fixed program to crawl, moving objects or to operate the automatic tool operation device. It can replace people arduous labor to realize production automation and mechanization, can operate under the hostile environment to guarantee the security of the person, and so it is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electron, light industry and atomic energy industries. In the industrial sector in the application of the mechanical hand is called the industrial manipulator. Industrial machinery hand is the modern automatic control in the field of a new technology developed in recent years, is a high-tech automated production equipment. Involves mechanics, mechanical, electrical and hydraulic technology, the automatic control technology, sensor technology and computer technology and other fields of science, is an interdisciplinary comprehensive technology. It is characterized by a variety of programming to complete the expected operation, in the structure and performance of both people and machines to their respective advantages, especially in human intelligence and adaptability. Mechanical hand operating accuracy and environment to complete operations capability, in the national economy has a broad development space. This design includes the structure of the manipulator design and the control circuit, wherein the structure design that incorporates a mechanical hand, wrist, arm structure structure structure design and the overall structure of the design. Early control circuit design which contains a hydraulic drive control design, choice of sensors design, PLC programmable automatic control circuit design. This graduation design handling manipulator mechanism and control circuit design is suitable for the mechanical electronic engineering this specialized university four years in a summary. Because of which includes the mechanical design and circuit design, mechanical and electronic integration, can fully reflect the professional connotation. Key words: mechanical hand; hand; wrist; arm; the fuselage; hydraulic circuit目錄第一章 緒論11.1機械手的研究概況11.2機械手發(fā)展方向11.3工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用21.4本設(shè)計中研究的主要內(nèi)容3第二章 搬運機械手的總體設(shè)計方案42.1機械手的組成42.2機械手基本結(jié)構(gòu)的選擇42.3機械手的執(zhí)行機構(gòu)42.4機械手的驅(qū)動機構(gòu)42.5機械手的控制方式選擇52.6機械手的技術(shù)參數(shù)列表5第三章 搬運機械手手臂各部件的設(shè)計63.1機械手手部的設(shè)計計算63.1.1手部設(shè)計基本要求63.1.2 手部機構(gòu)的選擇63.1.3手抓的設(shè)計計算63.2腕部的設(shè)計計算173.2.1腕部設(shè)計基本要求173.2.2 腕部機構(gòu)的選擇173.2.3腕部的設(shè)計計算183.3臂部的設(shè)計計算243.3.1臂部設(shè)計基本要求243.3.2 臂部機構(gòu)方案的選擇253.3.3臂部的設(shè)計計算27第四章 機身的設(shè)計計算404.1機身的總體設(shè)計404.2機身的升降機構(gòu)設(shè)計計算414.2.1手臂偏重力矩的計算414.2.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件分析計算424.2.3機身升降液壓缸驅(qū)動力矩的計算434.2.4手臂升降液壓缸參數(shù)計算444.3機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計計算494.3.1機身回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算494.3.2機身回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)514.3.4機身回轉(zhuǎn)液壓缸螺釘?shù)挠嬎?24.3.5動片與輸出軸間的連接螺釘計算534.3.6機身回轉(zhuǎn)液壓缸筒的壁厚校核544.4聯(lián)接板的設(shè)計554.4.1聯(lián)接板的介紹及作用55第五章 液壓驅(qū)動系統(tǒng)與控制電路的設(shè)計575.1驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計要求575.2驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案575.3驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計585.3.1分功能設(shè)計分析585.3.2液壓泵的確定與所需功率計算595.4控制電路設(shè)計66參考文獻67致謝68附錄A69第一章 緒論 1.1機械手的研究概況機械手是一種模擬人手操作的自動機械?？砂慈藗兯O(shè)計的固定程序抓取、搬運物件或操持工具完成某些特定操作。在工業(yè)生產(chǎn)生活中應(yīng)用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全，更能提高生產(chǎn)效率，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度 。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù) 。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。1.2機械手發(fā)展方向現(xiàn)階段關(guān)于機械手的研究發(fā)展方向大體主要往重復(fù)高精度、模塊化、機電一體化等方向上升級。（1）重復(fù)高精度精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度, 它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次, 機械手到達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個機器人定位不夠精確, 通常會顯示一個固定的誤差, 這個誤差是可以預(yù)測的, 因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍, 它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,機械手的重復(fù)精度將越來越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。（2）模塊化有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的機械手稱為簡單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機械手運動自如。模塊化機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴大了機械手的應(yīng)用范圍, 是機械手的一個重要的發(fā)展方向。（3）機電一體化由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面，發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件, 使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”，省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。1.3工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用國內(nèi)外機械工業(yè)中機械手主要應(yīng)用于以下幾方面： （1）熱加工方面的應(yīng)用。 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作 （2）冷加工方面的應(yīng)用。 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 （3）拆修裝方面的應(yīng)用。 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。1.4本設(shè)計中研究的主要內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計搬運機械手機構(gòu)設(shè)計與電路控制設(shè)計主要研究包括機械手機構(gòu)和傳動系統(tǒng)設(shè)計：機械手搬運最大物重：30Kg，直徑為：以下尺寸的圓形棒料。物品移動范圍為半徑為1.2m的扇形區(qū)域，高度變化范圍為：1.5m ，要求設(shè)計壽命10年。完成機體和傳動機構(gòu)的總體設(shè)計，并完成指定零件的零件圖設(shè)計。進行必要零部件的受力分析與強度驗算；繪制總裝圖和相關(guān)零件圖。必要時進行優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)力分析。在以上給定參數(shù)條件下，設(shè)計出應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)元件最多，體積最小、機構(gòu)最為合理、強度足夠，基本能交付工程實際的設(shè)計資料。第二章 搬運機械手的總體設(shè)計方案2.1機械手的組成機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)以及控制機構(gòu)三大部分組成。2.2機械手基本結(jié)構(gòu)的選擇機械手按其基本結(jié)構(gòu)可分為：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、平面坐標(biāo)式、柔軟臂式、冗余自由度式、模塊式等多種結(jié)構(gòu)。由于本設(shè)計搬運機械手大多用于生產(chǎn)線上物料的上下搬運，所以所要求的自由度不高，只有機身的上下運動，手臂的伸縮及平面轉(zhuǎn)動，腕部的翻轉(zhuǎn)。結(jié)合上面多種結(jié)構(gòu)，本設(shè)計將采用圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)。圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，定位精度較高，占地面積小等特點。2.3機械手的執(zhí)行機構(gòu)機械手的執(zhí)行機構(gòu)主要包括以下幾部分：（1）末端操作（執(zhí)行）器：又稱手部，是在手腕上配置的操作機構(gòu)，有時也稱手抓。是操作機直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機器人直接與工作對象接觸以完成作業(yè)的機構(gòu)。（2）手腕：是支乘和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，連接手部與臂部的部分。主要用來確定和改變末端執(zhí)行器的方向；改變產(chǎn)品的空間方向；將作業(yè)載荷傳遞到手臂；擴大手臂的移動范圍。（3）手臂：是連接機身與手腕的部分，用于支乘和調(diào)整手腕與末端執(zhí)行器位置的部件，由操作機的動力關(guān)節(jié)與連接桿件等構(gòu)成。主要作用是改變手部的空間位置，滿足機器手的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機座。（4）機身：也稱機座，是工業(yè)機器人機構(gòu)中相對固定并承受相應(yīng)的力的基礎(chǔ)部件，起支乘作用。分為移動式與固定式兩類，對固定機器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上；對移動式機器人，則安裝在移動機構(gòu)上，可以擴大機器人的活動范圍。2.4機械手的驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)機械手驅(qū)動的動力源不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣壓、電動和機械驅(qū)動等四類。四種驅(qū)動進行對比，由于液壓驅(qū)動具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便等優(yōu)點，所以在本設(shè)計中將采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手。2.5機械手的控制方式選擇機械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等。控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計采用PLC動作順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。2.6機械手的技術(shù)參數(shù)列表最大抓去物重：30Kg自由度數(shù)：4個自由度（手抓張合、手部回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)、手臂升降）坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)式抓取物料最大直徑：以下尺寸的圓形棒料物品移動范圍：半徑為R0.5m的扇形區(qū)域高度變化范圍：0.5m使用壽命：10年第三章 搬運機械手手臂各部件的設(shè)計3.1機械手手部的設(shè)計計算3.1.1手部設(shè)計基本要求（1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。（2） 應(yīng)考慮到手抓抓取物料時是否會損壞物料便面精度或使物料發(fā)生變形。（3） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。（4） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。（5） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。3.1.2 手部機構(gòu)的選擇手部結(jié)構(gòu)根據(jù)手抓開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和移動型兩類。其中回轉(zhuǎn)型又分為一支點回轉(zhuǎn)和多支點回轉(zhuǎn)；根據(jù)手抓夾緊是擺動還是平動，又分為擺動回轉(zhuǎn)型和平動回轉(zhuǎn)型。夾鉗式手部中較多的是回轉(zhuǎn)型手部，一般有單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型手部、滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部、雙支點連杠杠桿手部、齒條齒輪杠桿式手部等。平移型夾鉗式手部大致可分為直線往復(fù)移動機構(gòu)和平面平行移動機構(gòu)兩種類型。但由于平移型夾鉗式手部是通過手指的指面作直線往復(fù)運動或平面移動來實現(xiàn)張開或閉合動作，常用于夾持具有平行平面的工件（如箱體），其結(jié)構(gòu)叫復(fù)雜，不如回轉(zhuǎn)型手部應(yīng)用廣泛。綜上其述本設(shè)計中將采用最結(jié)構(gòu)簡單，最常用的滑槽式杠桿會裝型手部機構(gòu)。3.1.3手抓的設(shè)計計算3.1.3.1手抓結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析下面對其基本結(jié)構(gòu)進行受力分析：滑槽杠桿受力圖如下圖3.1 滑槽杠桿時手部結(jié)構(gòu)簡圖、受力分析圖中在杠桿的作用下，銷軸向上的拉力為F，并通過銷軸中心點O點，兩手指的滑槽對銷軸的反作用為和，其力的方向沿滑槽的中心線和并指向O點。則可得：（3.1）得（3.2） （3.3）得 （3.4）（3.5）（3.6）得 （3.7）（3.8）所以手抓的驅(qū)動力： （3.9）式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（mm） 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=，本設(shè)計中將設(shè)。這種手部的結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角度打等特點。3.1.3.2夾緊力與驅(qū)動力的計算鉗抓式手部夾緊力的計算必須根據(jù)手指和工件的形狀、手指夾持工件時不同的方位進行具體分析，由工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)中表21所列出的不同形狀的手指與工件在不同方位夾持式的夾緊力計算公式：圖3.2 夾緊力計算公式由于本設(shè)計中時采用手指水平位置移動夾緊，工件水平放置，手指形狀為V型指型夾持圓形棒料的形式，常用的V型塊角有和兩種，本設(shè)計中選取V型塊角。由上表可知： （3.10） 式中G為所夾持工件的重量 （3.11）即： （3.12）驅(qū)動力： （3.13）為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及船里機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力： （3.14）式中 手部的機械效率，一般?。?.850.95） =0.9 安全系數(shù)，一般為（1.22） =1.5 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按以下估計， ，其中為被抓取工件運動時的最大加速度， 為重力加速度（）為運載工件的最大速度，設(shè)為系統(tǒng)達到的最高響應(yīng)時間，一般?。?.03s0.5s），設(shè)即 （3.15）由于手指長b與手指寬a尚未確定，無法確定驅(qū)動力大小，又由于b與a關(guān)系到手指的夾持精度，所以需先進行夾持定位精度分析。3.1.3.3機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機械手定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、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，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)。如下圖所示：圖3.3 手抓夾持精度圖鉗口與鉗爪的連接點E為鉸鏈聯(lián)結(jié),如圖示幾何關(guān)系,若設(shè)鉗爪對稱中心O到工件中心O的距離為x,則x=（3.16）當(dāng)工件直徑變化時,x的變化量即為夾持精度（定位誤差）,設(shè)工件半徑R由變化到時,其最大定位誤差為=- （3.17）其中本設(shè)計中所要求的是夾持以下的圓形棒料，由于夾持精度1mm，所需要夾持的工件最大半徑所以假設(shè)，代入公式計算得最大定位誤差： =79.158-80=0.8421故符合要求。3.1.3.4手抓夾持范圍計算及滑槽長度為保證手抓張開角時有足夠的寬度加持工件，張開角不宜過大也不宜過小，則選手抓張開角為，由上可知手指長，手指寬，如下圖所示，當(dāng)手抓沒有張開角的時候，它所夾持的為最小半徑。圖3.4 手抓夾持最小半徑當(dāng)手抓張開角為時，手抓將抓取工件的最大半徑才符合要求。如下圖所示：圖3.5 手抓夾持最大半徑則最大夾持半徑：（3.18）符合要求?；鄹軛U中的滑槽長度由圖中可知從點1運動到點2的距離為：（3.19）即驅(qū)動杠與兩手指杠桿所連接的圓柱銷在長滑槽中的移動距離 所以取3.1.3.5手抓液壓缸的確定現(xiàn)已知，可求出驅(qū)動杠的驅(qū)動力F：（3.20）則實際驅(qū)動力為：（3.21）由下表可知：表3.1 液壓缸負載與工作壓力之間的關(guān)系負載F/N50000缸工作壓力P/MPa20速比1.331.46 ；22由上表可得本設(shè)計中的速比為： 3.3.3.3液壓缸缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定a、液壓缸缸筒內(nèi)徑D可按下式計算得：（3.75）式中：，查表3.2可取液壓缸缸筒內(nèi)徑為：b、活塞桿直徑d可按下式計算得：（3.76）由表3.3可查活塞桿直徑為：3.3.3.4最大工作行程和最小導(dǎo)向長度液壓缸的最小導(dǎo)向長度是指當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離，若導(dǎo)向長度太小，式液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性。對于一般液壓缸的最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足下列要求：（3.77）式中L為最大工作行程 一般導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸筒D80mm時，取缸筒內(nèi)徑D的0.61.0倍，活塞寬度B取缸筒內(nèi)徑D的0.61.0倍，為保證最小導(dǎo)向長度而過分的增大導(dǎo)向套長度和活塞寬度都是不適宜的，最好的辦法是在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔離套K，其長度C由所需的最小導(dǎo)向長度決定。采用導(dǎo)向套不僅能保證最小導(dǎo)向長度，而且還能擴大導(dǎo)向套及活塞的通用性。如下圖所示：圖3.8 導(dǎo)向長度導(dǎo)向套滑動面的長度（3.78）活塞寬度 （3.79）隔離套長度 （3.80）3.3.3.5缸筒壁厚和外徑計算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列表選擇，為了盡可能滿足要求，由下表可選取液壓缸外徑為 ，即伸縮液壓缸的壁厚為 表3.6 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列表（JB106867）液壓缸內(nèi)徑405063809010011012514015016018020020鋼5060769510812113316814618019421924545鋼50607695108121133168146180194219245計算缸筒壁厚的合成應(yīng)力和厚度時必須考慮不同的比值和材質(zhì)，采用不同的強度計算公式。當(dāng)時，為薄壁 （3.81）當(dāng) 時，為厚壁 （3.82）式中D缸筒直徑 缸筒試驗應(yīng)力，當(dāng)缸的額定壓力 時取，所以 缸筒材料的許用應(yīng)力，為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取n=5,缸筒材料選用35號鋼，其抗拉強度查表得，。 將數(shù)據(jù)代入公式得缸筒壁厚： （3.83） （3.84）符合要求。所以取缸筒壁厚，為厚壁。缸筒外徑為：（3.85）3.3.3.6缸底參數(shù)計算及校核缸底材料選擇材料選用35號鋼，其抗拉強度查表得（3.86）所以缸底厚度取 3.3.3.7液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強度校核（1） 油缸穩(wěn)定性的計算因為油缸的工作行程較大，則在油缸活塞桿全部伸出時，計算油缸受最大作用力壓縮時油缸的穩(wěn)定性。假設(shè)油缸的活塞桿的推力為F，油缸穩(wěn)定的極限應(yīng)力為，則油缸穩(wěn)定性的條件為。按下式得到： （3.87）式中：可先算出和的值從下表查出相對應(yīng)的值，然后再計算的值。圖3.9 時臨界力的計算圖 （3.88） （3.89）式中：為活塞桿直徑 、為缸體外徑、為缸體內(nèi)徑。其中 （3.90） （3.91）所以 （3.92） ?。?.93）圖3.10 液壓缸縱向彎曲 、為長度、上的斷面慣性矩。查 時臨界力的計算圖，可由 且 查上表得 （其中，活塞桿頭部至油缸A點處的距離 :缸體尾部至油缸A點處的距離）所以：（3.94） （3.95） 即油缸的穩(wěn)定性是滿足條件。（2）活塞桿強度的驗算因為活塞桿長 ，活塞桿直徑 ，即為細長桿，其活塞桿強度需同時考慮壓縮和彎曲。判別最大撓度點位置之值可由式計算：式中 活塞桿材料的彈性模量，對于鋼材 活塞桿截面慣性矩所以 （3.96）短行程液壓缸的活塞桿，在工作中主要承受軸向壓縮（或拉伸）載荷，故可近似地按中心受壓（或受拉）進行強度驗算，即（3.97）式中 活塞桿外徑 空心活塞桿內(nèi)徑，對于實心活塞桿 F液壓缸的最大推力 （） 活塞桿的壓（或拉）應(yīng)力 活塞桿材料的許用應(yīng)力，其中為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，通常取，活塞桿材料選用45號鋼，其屈服極限為即 （3.98）所以 （3.99）滿足條件要求。3.3.3.8連接零件的強度計算首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接，鋼筒與缸底采用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。（1）缸筒與缸底焊縫的強度計算對接焊縫的應(yīng)力及強度條件為：（3.100）式中 F液壓缸的最大推力 缸筒外徑 焊接內(nèi)徑 焊接效率，取 焊接的許用應(yīng)力。，為焊條的抗拉強度，當(dāng)采用T422焊條時，取安全系數(shù)所以（3.101） （3.102）其中符合條件。（2）缸筒與缸蓋的螺紋連接強度計算缸筒螺紋處的強度計算：螺紋處的拉應(yīng)力： （3.103）螺紋處的剪應(yīng)力： （3.104）合成應(yīng)力及強度條件為：（3.105）式中：F油缸的最大推力 D缸筒內(nèi)徑 螺紋外徑 螺紋內(nèi)徑，當(dāng)采用普通螺紋時（GB196-63）時，可近似按下式計算，t為螺距 K螺紋預(yù)緊力系數(shù)，取 螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)（），一般取； 螺紋的許用應(yīng)力，其中為缸筒材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，通常取，缸筒材料選用35號鋼，其屈服極限為，則由前面計算可得：，則查機械零件手冊，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T193-2003）公稱直徑第一系列 60，可得螺距 ，所以 （3.106）（3.107） （3.108）（3.109）因為 ，所以滿足強度條件。3.3.3.9液壓油缸其它零部件的確定 （1）活塞與缸筒和活塞桿間的密封裝置由于活塞與缸筒內(nèi)壁間存在相對運動，因此該密封屬于動密封，這里采用O型密封圈，具有結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，安裝空間小，拆裝方便等優(yōu)點。此處選用GB/T3452.3-2005標(biāo)準(zhǔn)O型圈 502.65 ?；钊c活塞桿件的密封屬于靜密封，通常是在活塞與活塞桿連接部位的配合間隙表面之間采用O型圈密封，密封槽通常開在軸上，以便于加工與拆裝。但當(dāng)活塞桿與活塞連接部位的軸徑較小時，密封槽開在活塞內(nèi)孔上。此處選用GB/T3452.3-2005標(biāo)準(zhǔn)O型圈252.65 ，密封槽開在活塞內(nèi)孔上。（2）活塞桿的導(dǎo)向套和防塵活塞桿導(dǎo)向套在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒