鍛壓機(jī)上下料機(jī)械手的機(jī)械及PLC控制設(shè)計(jì)
鍛壓機(jī)上下料機(jī)械手的機(jī)械及PLC控制設(shè)計(jì),鍛壓,上下,機(jī)械手,機(jī)械,plc,控制,節(jié)制,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
鍛壓機(jī)上下料機(jī)械手的機(jī)械及PLC控制設(shè)計(jì)
The mechanical and control design of PLC manipulator under the forging press
學(xué)生姓名
學(xué)院名稱
專業(yè)名稱
指導(dǎo)教師
年
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XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
XX學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
XX學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解XX學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸XX學(xué)院所擁有。XX學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。XX學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘要
本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，組成和分類以及自由度和坐標(biāo)形式,并闡述了液壓技術(shù)的特點(diǎn)以及其在國內(nèi)外發(fā)展的特點(diǎn)和PLC控制。
本文通過對(duì)鍛壓機(jī)取件機(jī)械手進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，對(duì)機(jī)械手的夾持式手部、手腕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算出了使它們動(dòng)作需要的扭矩，同時(shí)設(shè)計(jì)了機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，機(jī)械手工作圖液壓系統(tǒng)原理圖，液壓系統(tǒng)的工作原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，并對(duì)液壓機(jī)械手所使用的軸承，傳動(dòng)軸等進(jìn)行了計(jì)算，選擇標(biāo)準(zhǔn)件。大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量，這些早期的工作為后續(xù)的液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)做足了充分的準(zhǔn)備。
本文所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)械手在很大方面提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，對(duì)后續(xù)的機(jī)械手的研究和發(fā)展也有著重要的意義。
關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人；鍛壓機(jī)上下料機(jī)械手；PLC
II
ABSTRACT
At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dary information of the development briefly .
What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator , tells out the free-degree and the form of coordinate . At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator .This paper designs the structure of the wrist , computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm.
The paper designs the system of air pressure drive and draws the work principle chart , the manipulator uses PLC to control . The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator . The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart . What’s more , the paper workout the control program of the PLC .
Keywords industrial robot Forging machine loading manipulator PLC
目 錄
1緒論.....................................................................................................................1
1.1機(jī)械手概述...................................................................................................1
1.2機(jī)械手的組成和分類...................................................................................2
1.2.1機(jī)械手的組成.........................................................................................3
1.2.2機(jī)械手的分類…………………………………………….....................4
1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.. .....................................................................................................7
1.4課題的提出及主要任務(wù)……………………………………………….......8
2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案……………………………………………........................9
2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度………………………………………..........10
2.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)………………………………………..........11
2.3機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)………………………………………..........13
2.4機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)………………………………………..........14
2.5機(jī)械手的主要參數(shù)…………………………………………………..........18
2.6機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表……………………………………………..........19
3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………...............................20
3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)……………………………………………………..........21
3.1.1手指的形狀和分類…………………………………………................22
3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題……………………………………................22
3.1.3手部夾緊油缸的設(shè)計(jì)………………………………………................22
4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………….......................22
4.1手腕的自由度………………………………………………………..........22
4.2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算……………………………………………..........23
4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩…………………………………............23
4.2.2回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算……………………………………............23
4.2.3回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算校核………………………........................23
5 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)與校核………………………...............23
5.1手臂伸縮部分尺寸設(shè)計(jì)與校核……………………………………..........24
5.1.1尺寸設(shè)計(jì)……………………………………………............................25
5.1.2尺寸校核…………………………………………….........................25
5.1.3導(dǎo)向裝置…………………………………………….........................26
5.1.4平衡裝置…………………………………………….........................27
5.2手臂升降部分尺寸設(shè)計(jì)與校核……………………………….................27
5.2.1尺寸設(shè)計(jì)…………………………………………….........................27
5.2.2尺寸校核…………………………………………….........................27
5.3手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計(jì)與校核…………………………………….........28
5.3.1尺寸設(shè)計(jì)…………………………………………….........................29
5.3.2尺寸校核…………………………………………….........................30
6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………................................31
6.1液壓缸的選型計(jì)算………………………………………….....................32
6.2液壓系統(tǒng)原理圖的確定………………………….....................................33
7 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)……………………………………………................34
7.1可編程序控制器的選擇及工作過程……………………………….........35
7.1.1可編程序控制器的選擇……………………………………….........36
7.1.2可編程序控制器的工作過程…………………………………..........37
7.2機(jī)械手可編程序控制器控制方案…………………………………..........39
結(jié)論………………………………………………………………….....................40
致謝…………………………………………………………………………….....41
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………….42
1 緒 論
1.1 機(jī)械手概述
工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體），控制器，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳感檢測(cè)裝置組成，它是一種仿人操作，自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種柔性生產(chǎn)，可變?nèi)莘e。它的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善工作條件和快速更新的產(chǎn)品更新?lián)Q代起著非常重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是一種高新技術(shù)集成，多學(xué)科理論，機(jī)制，控制，技術(shù)，人工智能信息和傳感器，仿生和形成，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人的應(yīng)用，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要指標(biāo)。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替手工勞動(dòng)，而是一個(gè)綜合的電子機(jī)械裝置的一個(gè)人形的人的技能和專業(yè)知識(shí)的機(jī)器，作為一個(gè)男人的快速反應(yīng)的環(huán)境的分析和判斷能力的狀態(tài)，該機(jī)可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，精度高，抗惡劣環(huán)境的能力，這種進(jìn)化是從某個(gè)意義上的機(jī)械過程的結(jié)果，是重要的制造業(yè)和服務(wù)業(yè)和非工業(yè)設(shè)備，自動(dòng)化設(shè)備和先進(jìn)制造技術(shù)不可缺少的。機(jī)械手是模仿人手的部分，根據(jù)給定的程序，軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取，搬運(yùn)和自動(dòng)機(jī)械裝置的操作。應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的稱為“工業(yè)機(jī)械手”。機(jī)械手的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化和生產(chǎn)力的生產(chǎn)水平：能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；特別是在高溫，高壓，低溫，低壓，粉塵，易爆，有毒液體和放射性等惡劣環(huán)境中，它不是人類正常的工作，更重要的。因此，越來越多的被廣泛引用的機(jī)械加工，沖壓，鑄造，鍛造，焊接，熱處理，電鍍，涂裝，裝配和輕工業(yè)，交通等。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，更具體的，只有機(jī)器裝卸裝置，是一種特殊的機(jī)械連接到機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，使得獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，具有適用范圍廣的程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能迅速改變工作程序，適應(yīng)性強(qiáng)，所以它可以在不斷變換的小批量生產(chǎn)品種生產(chǎn)線中廣泛引用。
1.2 機(jī)械手的組成和分類
1.2.1 機(jī)械手的組成
鍛壓機(jī)取件機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)等等部分組成。下圖即為各組成部分的邏輯框圖：
(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)有行走機(jī)構(gòu)。
1、手部
手部是直接與目標(biāo)對(duì)象接觸，而且是與不同形式的物體接觸，可分為夾持式和吸附式手在本文中我們使用手握式結(jié)構(gòu)。手握式的手指（或爪）形成和傳力機(jī)制。手指與物體直接接觸的部件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式的旋轉(zhuǎn)和平移式。旋轉(zhuǎn)手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，因此被廣泛應(yīng)用。翻譯類型較少使用，原因是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但翻譯式指夾圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸向位置，使工件裝夾的變化范圍大直徑是合適的。手指結(jié)構(gòu)取決于表面形狀，對(duì)象的把握抓住了網(wǎng)站（是大綱或孔）的重量和大小和對(duì)象。常用的指形平面，在V形和表面：手指有外夾式和內(nèi)；雙指型指數(shù)，多指型和雙指式等。通過手指的力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生夾緊力來完成夾持物體的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)的類型是比較常用的是：滑桿，連桿杠桿式，斜桿，齒輪齒條式，螺母彈簧式和重力式等。
2、手腕
是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))。
3、手臂
手臂是支撐抓住物體，手的一個(gè)重要組成部分，手腕。手臂是指驅(qū)動(dòng)來把握對(duì)象的作用，并根據(jù)預(yù)定的要求將被運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如氣缸，液壓缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）和驅(qū)動(dòng)源（如液壓，液壓或電機(jī)匹配，等）實(shí)現(xiàn)各種的手臂動(dòng)作。
4、立柱
立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。
5、行走機(jī)構(gòu)
當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成遠(yuǎn)程操作，或擴(kuò)大使用范圍，可以是一個(gè)惰輪行走機(jī)構(gòu)可以包輥，履帶行駛在框架機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。滾輪式軌道和無軌兩布。驅(qū)動(dòng)輥的運(yùn)動(dòng)應(yīng)加機(jī)械傳動(dòng)裝置。
6、機(jī)座
基座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)部分都安裝在基座上，起支撐和連接的作用。
(二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置，動(dòng)力裝置和輔助裝置。傳動(dòng)系統(tǒng)中常用的液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)是由運(yùn)動(dòng)的要求按工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)為主。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電液位置（或定位塊組成的機(jī)械系統(tǒng)）。電液控制系統(tǒng)和流量控制，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)行，指令信息和人給機(jī)械手的記憶（如動(dòng)作順序，運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間），同時(shí)，根據(jù)控制系統(tǒng)的信息，必要時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，機(jī)械手的動(dòng)作，監(jiān)控，報(bào)警信號(hào)時(shí)發(fā)出的動(dòng)作有錯(cuò)誤或失敗。
(三)控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電液定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電液控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(四)位置檢測(cè)裝置
機(jī)械手的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并保持實(shí)際執(zhí)行器的位置反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度到達(dá)設(shè)定位置。
1.2.2 機(jī)械手的分類
工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。
機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:
1、專用機(jī)械手
它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”
2、通用機(jī)械手
它是一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，機(jī)械手程序，靈活多變的動(dòng)作。網(wǎng)格的性能范圍，其行動(dòng)計(jì)劃是可變的，通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合下使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于小批量自動(dòng)化生產(chǎn)品種的變化。根據(jù)不同的定位控制一般的機(jī)械手可分為簡(jiǎn)單和伺服型兩種：“一關(guān)”控制方向的簡(jiǎn)單類型，唯一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制：可以是一個(gè)點(diǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，定位伺服控制系統(tǒng)，伺服式，伺服萬能機(jī)械手屬于數(shù)控型。
1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
對(duì)國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下趨勢(shì)：
（1）工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度，高精度，高可靠性，操作和維修方便），和單一的價(jià)格不斷下降，從91年到97年的103000美元到650000美元的平均單位價(jià)格。
（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)的發(fā)展。例如，伺服電機(jī)，減速器，檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)節(jié)模塊中的三個(gè)關(guān)節(jié)模塊，集成連接模塊：采用特種機(jī)器人重組形式；模塊化的裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市，在國外已。
（3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放式控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，易于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜變得更加緊湊，和模塊化結(jié)構(gòu)的使用大大提高了系統(tǒng)的可靠性，可操作性和可維護(hù)性。
（4）傳感器在機(jī)器人成為越來越重要的作用，除了使用的位置，速度，加速度傳感器的傳統(tǒng)，裝配，焊接機(jī)器人也用于視覺，觸覺傳感器，同時(shí)使用視覺，聽覺的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，融合技術(shù)力量，環(huán)境建模和決策控制的觸覺和其他多傳感器；在產(chǎn)品配置系統(tǒng)的多傳感器融合技術(shù)已經(jīng)成熟的應(yīng)用。
（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從模擬發(fā)展到預(yù)覽，用于過程控制，如在遠(yuǎn)程工作環(huán)境的感覺產(chǎn)生的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人操作機(jī)器人。
（6）的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的現(xiàn)代系統(tǒng)發(fā)展的特點(diǎn)是不充分的自主控制系統(tǒng)人機(jī)交互的追求，而是致力于操作者和機(jī)器人，即遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)和地方自治制度形成一個(gè)完整的，使機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用階段。最著名的例子是美國旅居者”機(jī)器人在火星”是成功應(yīng)用的發(fā)射系統(tǒng)。
（7）機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)的“虛擬軸機(jī)床，這個(gè)新設(shè)備已成為世界研究的熱門課題之一，研究探討其應(yīng)用領(lǐng)域。
1.4 課題的提出及主要任務(wù)
該項(xiàng)目將完成的主要工作如下：
（1）為液壓機(jī)械手，因此相對(duì)于專用機(jī)械手，適用面較寬。
（2）坐標(biāo)式機(jī)械手的自由度和選擇。
（3）設(shè)計(jì)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：設(shè)計(jì)的手，手腕，手臂和其他部分。為了使一個(gè)更通用的，一方面旨在取代結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾手指的抓取和鍛件，也可以吸收金屬薄板工件的液流負(fù)壓抽油時(shí)所需要的行業(yè)。
（4）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本課題將機(jī)械手液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括液壓元件的選擇，液壓回路的設(shè)計(jì)，并繪制液壓系統(tǒng)原理圖。
（5）研究了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的參數(shù)化繪圖，提高繪圖效率，提高繪圖質(zhì)量。
（6）對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
機(jī)械手采用可編程控制器（PLC）控制機(jī)械手，該項(xiàng)目將選擇PLC型號(hào)，根據(jù)工作流程組織的機(jī)械手的PLC程序，并畫出梯形圖。
2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案
液壓機(jī)械手的基本要求是快速，準(zhǔn)確地取放和搬運(yùn)物體，具有精度高，響應(yīng)速度快，有一定的承載能力，在任何位置足夠的工作空間和靈活的自由度，可以自動(dòng)定位性能。液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理是：充分分析作業(yè)對(duì)象（工件）所提出的技術(shù)要求，操作程序和最合理的過程，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性的工件，定位精度高，采集，處理應(yīng)力特性，尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求；標(biāo)準(zhǔn)件盡量選擇定型，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造過程中，普遍性與特殊性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手是一個(gè)通用的液壓裝卸機(jī)械手，是一種自動(dòng)處理或設(shè)備的合適的操作為批，小批量生產(chǎn)，可以改變行動(dòng)計(jì)劃，動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合操作。它可用于在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用操作。
2.1 機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度
根據(jù)運(yùn)動(dòng)的不同形式和組合的機(jī)械臂，坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)型，標(biāo)準(zhǔn)型和三通。由于起重機(jī)械臂，收縮和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)料，因此，使用圓柱坐標(biāo)式。三自由度相應(yīng)的機(jī)械手，以彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)臂上下擺動(dòng)的自由度。
圖2-1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖
2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
為了使機(jī)械手變得更加通用，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可變結(jié)構(gòu)方面，當(dāng)工件是鍛件，使用手握式；當(dāng)工件是板料時(shí)，使用負(fù)壓吸盤即可。
2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液缸。
2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由液缸來實(shí)現(xiàn)。
2.5 機(jī)械手的主要參數(shù)
機(jī)械手抓是最大重量規(guī)格的主要參數(shù)，是液壓驅(qū)動(dòng)的使用，所以考慮把握對(duì)象不應(yīng)該太重，咨詢了機(jī)械手的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，為10公斤抓取工件的設(shè)計(jì)質(zhì)量。運(yùn)動(dòng)的2個(gè)基本參數(shù)是主機(jī)械手的基本參數(shù)。操作機(jī)械手設(shè)計(jì)速度擊敗提出了要求，速度低，限制了它的使用范圍。影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度的主要因素是伸縮臂和旋轉(zhuǎn)速度。最大移動(dòng)速度的機(jī)械手的設(shè)計(jì)。最大轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)。平均速度。平均旋轉(zhuǎn)速度。機(jī)械手在啟動(dòng)，停止，存在減速過程，在一個(gè)行程曲線來說明一個(gè)更全面的速度特性，由于平均速度和行程，所以用平均速度與速度特性線速度更。除了移動(dòng)速度，基本參數(shù)設(shè)計(jì)和臂伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成人工坐或站立和行走的操作空間稍等。過度的膨脹沖程和工作半徑，必然帶來對(duì)轉(zhuǎn)矩增加剛度折減的重點(diǎn)。在這種情況下，應(yīng)采用自動(dòng)輸送裝置好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，伸縮行程機(jī)械臂設(shè)置為600mm，最大工作半徑約1500mm。
2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表
一、用途:用于鍛壓件的上下料。
二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):
1、抓重
2、最大工作半徑
3、定位方式 行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等
5、定位精度
6、驅(qū)動(dòng)方式 液壓傳動(dòng)
7、控制方式 點(diǎn)位程序控制(采用PLC)
圖2-6機(jī)械手的工作范圍
3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部:如果有實(shí)際需要，還可以換成液壓吸盤式結(jié)構(gòu)，
3.1 夾持式手部結(jié)構(gòu)
夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。
3.1.1 手指的形狀和分類
夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。
3.1.2 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題
(一)具有足夠的握力(即夾緊力)
在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。
(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角
兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。
(三)保證工件準(zhǔn)確定位
為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。
(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度
手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。
(五)考慮被抓取對(duì)象的要求
根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。
3.1.3 手部夾緊液缸的設(shè)計(jì)
1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算
本課題液壓機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，
圖3-2 活塞式油缸手部
Fig.3-2 Gear Wheel Hand
其工件重量G=10公斤，
V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為
(1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為:
(2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式:
所以
(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:
I,因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí)，則:
所以
所以夾持工件時(shí)所需夾緊液缸的驅(qū)動(dòng)力為。
2、液缸的直徑
本液缸屬于單向作用液缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用液缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為:
式中: - 活塞桿上的推力，N
- 彈簧反作用力，N
- 液缸工作時(shí)的總阻力，N
- 液缸工作壓力，Pa
彈簧反作用按下式計(jì)算:
Gf =
式中:- 彈簧剛度，N/m
- 彈簧預(yù)壓縮量，m
- 活塞行程，m
- 彈簧鋼絲直徑，m
- 彈簧平均直徑，.
- 彈簧有效圈數(shù).
- 彈簧材料剪切模量，一般取
在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:
由以上分析得單向作用液缸的直徑:
代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得
所以:
查有關(guān)手冊(cè)圓整，得
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式
有:
其中，[]，
則:
滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。
3,缸筒壁厚的設(shè)計(jì)
缸筒直接承受壓縮空液壓力，必須有一定厚度。一般液缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:
式中:6- 缸筒壁厚，mm
- 液缸內(nèi)徑，mm
- 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa
材料為:ZL3,[]=3MPa
代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:
取，則缸筒外徑為:
4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液缸。
4.1 手腕的自由度
手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(液)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)液缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于，并且要求嚴(yán)格的密封。
4. 2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
4.2.1 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩
手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。
1.工件2.手部3.手腕
圖4-1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)
Fig.4-1 Bear Force Condition of Wrist When Rotating
手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算:
式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();
- 慣性力矩();
- 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩()。
- 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力
矩();
下面以圖4-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算:
1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M悅
若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過程所用的時(shí)間為，則:
式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(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)過程所需的時(shí)間(s);
— 起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度(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).
4、轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。
4.2.2 回轉(zhuǎn)液缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算
在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)液壓缸，它的原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把液腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮液體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的液從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉液缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: ；
4.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核
1.尺寸設(shè)計(jì)
液壓缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,液缸內(nèi)徑為=96mm,半徑,軸徑=26mm,半徑,液缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間=0.1s, 壓強(qiáng),
則力矩
2.尺寸校核
1．測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，
質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（）
工件的質(zhì)量為10,質(zhì)量分布于長(zhǎng)的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
。
假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長(zhǎng)的棒料來說，最大偏心距
，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
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)生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心
與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,則
+
3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承=0.1， ，為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，, , ,為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì),,
4．回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在此處估計(jì)為的3倍，
3
設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。
5 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)液缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.1 手臂伸縮液缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.1.1 手臂伸縮液缸的尺寸設(shè)計(jì)
手臂伸縮液缸采用煙臺(tái)液壓元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)液缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，液缸用CTA型液缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63。
5.1.2 尺寸校核
1.在校核尺寸時(shí)，只需校核液缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=31.5mm的液缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng),
則驅(qū)動(dòng)力：
1、 測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力
2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),
總受力
所以標(biāo)準(zhǔn)CTA液缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求。
5.1.3 導(dǎo)向裝置
液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。
導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。
5.1.4 平衡裝置
在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮液缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和液缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。
5.2 手臂升降液缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.2.1 尺寸設(shè)計(jì)
液壓缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm,液缸內(nèi)徑為=110mm,半徑R=55mm,液壓缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力：
5.2.2 尺寸校核
1．測(cè)定手腕質(zhì)量為80kg,則重力
設(shè)計(jì)加速度，則慣性力
考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，
總受力
所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。
5.3 手臂回轉(zhuǎn)液缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核
5.3.1 尺寸設(shè)計(jì)
液缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,液缸內(nèi)徑為,半徑R=105mm,軸徑半徑,液缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s,壓強(qiáng),
則力矩：
5.3.2 尺寸校核
1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，
質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（）
考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù),
總驅(qū)動(dòng)力矩
設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。
6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.1液壓缸的選型計(jì)算
液壓缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,半R=55mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力
2、尺寸校核
（1）測(cè)定質(zhì)量為5kg,則重力
（2） 設(shè)計(jì)加速度，則慣性力
（3）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，
總受力
所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。
6.2液壓系統(tǒng)原理圖的確定
初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖如下所示；見下圖：
7 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)
考慮到通用機(jī)械手，同時(shí)，控制點(diǎn)的使用，所以我們采用了可編程控制器（PLC）控制機(jī)械手。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)變化的過程中，只需實(shí)現(xiàn)PLC程序的變化，非常方便。
7.1 可編程序控制器的選擇及工作過程
7.1.1 可編程序控制器的選擇
目前，可編程控制器廠家大量生產(chǎn)，如日本三菱公司的F系列PC，PC SIMATIC N5系列，德國西門子公司日本歐姆龍（石），C型，P型PC考慮輸入和機(jī)械手的輸出點(diǎn)不多，工作過程比較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此本設(shè)計(jì)選用c28p公司歐姆龍可編程控制器。
7.1.2 可編程序控制器的工作過程
可編程控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種控制任務(wù)。本文采用循環(huán)掃描工作。具體過程可以分為4個(gè)階段。
第一階段是初始化過程。
可編程控制器的輸入端不能直接與主機(jī)連接，是輸入和CPU的輸入和輸出狀態(tài)查詢輸出狀態(tài)寄存器。輸入和輸出狀態(tài)寄存器也被稱為I / 0狀態(tài)表。該表是一個(gè)專門的輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)。存儲(chǔ)輸入存儲(chǔ)狀態(tài)信息稱為輸入狀態(tài)寄存器；存儲(chǔ)器存儲(chǔ)輸出狀態(tài)信息被稱為輸出狀態(tài)寄存器。開機(jī)時(shí)，CPU首先使我/ 0狀態(tài)表被清除，然后自我診斷。當(dāng)硬件確認(rèn)是否工作正常，進(jìn)入下一階段。
第二階段是輸入信號(hào)處理階段。
在輸入信號(hào)的相位處理，CPU掃描輸入狀態(tài)，每個(gè)輸入端獲得的狀態(tài)信息發(fā)送給我/ 0存儲(chǔ)在狀態(tài)表。在同一掃描周期，每個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)不變，在I／0狀態(tài)表的維護(hù)，不受信號(hào)變化的各輸入端的影響，因此不能引起混亂的運(yùn)行效果，保證在這一段用戶程序的正確執(zhí)行。
第三階段是程序處理階段。
當(dāng)輸入狀態(tài)信息到我/ 0狀態(tài)表，CPU工作進(jìn)入第三階段。在這個(gè)階段，用戶可以按順序掃描可編程控制器程序，及操作和處理根據(jù)我/ 0的狀態(tài)和相關(guān)的指令，然后將結(jié)果寫入輸出狀態(tài)寄存器狀態(tài)表在我/ 0。
第四階段是輸出處理階段。
用戶程序的CPU部分是掃描處理完成，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I / 0狀態(tài)表狀態(tài)寄存器。當(dāng)輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)寄存器取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，各種相應(yīng)的動(dòng)作控制設(shè)備。然后，CPU返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)掃描周期。
步驟7.2中使用的可編程控制器
可編程控制器和被控對(duì)象（機(jī)器，設(shè)備或過程）為自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常分七個(gè)步驟進(jìn)行：
（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)
是確定動(dòng)作對(duì)象和動(dòng)作順序。
（2）I / 0分布
那是，以確定哪些信號(hào)送入可編程控制器，并分配給相應(yīng)的信號(hào)輸入數(shù)；它是由可編程控制器控制對(duì)象，和相應(yīng)的輸出信號(hào)分布。此外，可編程控制器的使用，程序計(jì)數(shù)器內(nèi)部定時(shí)器也被分配到。可編程控制器是識(shí)別信號(hào)數(shù)。
（3）畫出梯形圖
它與繼電器控制邏輯梯形圖的概念相同，體現(xiàn)在系統(tǒng)中的所有行動(dòng)。如果你使用圖形編程器（LCD或CRT），然后畫出梯形圖相當(dāng)于編譯程序，可以直接傳送到可編程控制器的梯形圖。對(duì)于簡(jiǎn)單的編程，往往是記憶程序轉(zhuǎn)換過程中的下一步后。
（4）助記符機(jī)器程序
微電腦記憶程序是等價(jià)的，是面向機(jī)器的（即，不同廠家的可編程控制器，助記符指令形式不同），編程簡(jiǎn)單，應(yīng)該是一個(gè)梯形圖成助記符程序，可以輸入到可編程控制器。
（5）程序
那是，每個(gè)檢查程序中的語法錯(cuò)誤，如果有修改。對(duì)程序員的工作。
（6）調(diào)試程序
檢查是否正確完整程序的邏輯要求，不要求，可以在程序員修改。程序設(shè)計(jì)（包括繪畫，助記符，梯形圖程序編輯，甚至調(diào)試）也可以在其他工具進(jìn)行。如IBM-PC機(jī)，只要配備相應(yīng)的軟件。
（7）保存程序
通過調(diào)試過程，可固化在EPROM或保存?zhèn)浞莸拇疟P。
7.2 機(jī)械手可編程序控制器控制方案
7.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
對(duì)液壓機(jī)械手的控制對(duì)象。它的手臂具有三個(gè)自由度，即水平伸展，收縮；垂直，繞垂直軸順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此外，終端執(zhí)行裝置的機(jī)械手，還可完成抓，釋放功能。以上動(dòng)作采用液壓驅(qū)動(dòng)，采用五二位五通電磁閥（每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相反動(dòng)作）分別控制五個(gè)液壓缸，使機(jī)械手成拉伸，收縮，上下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手抓放。使用一組齒輪齒條的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓缸。在這種方式中，8線圈8輸出可用PLC端與電磁閥連接，通過編程，按一定的序列每個(gè)勵(lì)磁線圈電磁閥，以便根據(jù)預(yù)先設(shè)置的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)序列的工作。如果想改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需要改變接線，只有動(dòng)作代碼和程序的順序可以稍微修改。此外，除了抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作端放置一個(gè)限位開關(guān)，以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)到位，如果動(dòng)作不到位，那么錯(cuò)誤指示燈。
7.2.2 工業(yè)機(jī)械手的工作流程
這種機(jī)械手自動(dòng)輸送線裝卸。按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手后，機(jī)械手具有以下作用：右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動(dòng)作正確（1DT功率）下降到下限位開關(guān)（5DT功率）手腕90逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（7dT功率）臂延伸至限位開關(guān)（3DT功率）檢查貨物，如果貨物，手爪（9dt功率）合同限制武器位置開關(guān)（4DT功率）上升至上限位開關(guān)（6dt功率）左到右限位開關(guān)動(dòng)作（2DT功率）手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)900（8dt功率）臂延伸至最長(zhǎng)（3DT功率）夾持釋放（iodt功率）最短的延遲臂收縮（4DT通電）。這樣，就完成了一個(gè)工作循環(huán)。
7.2.3 機(jī)械手工作時(shí)序圖如附圖所示
1/0分配
根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用OMRON C28P型PC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為0000-0015; 12個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為0500-0511.
機(jī)械手控制程序清單如下：
結(jié)論
在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是鍛壓機(jī)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
致謝
至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的鍛壓機(jī)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。
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