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1、自動(dòng)分揀工件機(jī)械手的設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目 自動(dòng)分揀工件機(jī)械手的設(shè)計(jì)班 級 機(jī)械1211學(xué)生姓名 學(xué)號 同組姓名 起迄日期 2015年12月25日 2016年1月5日 指導(dǎo)教師 講師機(jī)械工程學(xué)院目錄1. 自動(dòng)分揀工件機(jī)械手設(shè)計(jì)的要求、目的及意義11.1要求31.2目的及意義32. 總體方案設(shè)計(jì)與論證42.1總體方案設(shè)計(jì)42.1.1主體功能42.1.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)52.1.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)62.1.4控制機(jī)構(gòu)62.2總體方案論證42.2.1調(diào)試過程62.2.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法72.2.3結(jié)果分析83. 機(jī)構(gòu)分析與計(jì)算33.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)83.2機(jī)身的總體設(shè)計(jì)94. 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與校核4
2、4.1機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算94.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置104.1.2 手抓的力學(xué)分析114.1.3機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算115. 結(jié)論126.收獲、體會(huì)127.參考文獻(xiàn)131、自動(dòng)分揀工件機(jī)械手設(shè)計(jì)的要求、目的及意義1.1要求1、 機(jī)械手將傳送帶A上的大號物品傳送到傳送帶B上，其他小號的物品讓其流走。機(jī)械手所有的動(dòng)作均由液壓驅(qū)動(dòng)，上升，下降，左移，右移均由(雙線圈)三位四通電磁閥控制，夾緊，放松用一個(gè)(單線圈)二位四通電磁閥控制，通電夾緊，斷電放松。 所有電磁線圈驅(qū)動(dòng)電源：直流， 電壓24V，電流1A,位置檢測用：行程開關(guān)，光電開關(guān)，壓力繼電器。2、 系統(tǒng)操作可實(shí)現(xiàn)單循環(huán)，自動(dòng)循
3、環(huán)功能。3、 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和輸入/輸出信號調(diào)理電路及功率驅(qū)動(dòng)電路原理圖。4、 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)程序流程圖并用匯編語言編寫其中的某一段程序。5、 設(shè)計(jì)操作臺(tái)面板布置示意圖。6、 編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書。7、 在滿足控制要求的前提下，力求控制系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟(jì)。1.2目的及意義現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟(jì)從資本經(jīng)濟(jì)帶入到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。在電子世界領(lǐng)域，從20世紀(jì)中的無線電時(shí)代也進(jìn)入到21世紀(jì)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為中心的智能化現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代。而機(jī)械手控制系統(tǒng)則逐步發(fā)展為與計(jì)算機(jī)互聯(lián)，使機(jī)械手控制系統(tǒng)更加智能化，操作更加簡單方便。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，機(jī)械手（機(jī)器人）應(yīng)用將更加普遍，尤其隨著汽車行業(yè)和塑膠行業(yè)
4、的發(fā)展，西歐、日本、蘇聯(lián)和中國等地域機(jī)械手開始百花爭放，可以這樣講，未來的人類社會(huì)將是機(jī)械手的時(shí)代。該課程設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀機(jī)械手屬于搬運(yùn)機(jī)械手。所謂搬運(yùn)機(jī)械手，就是將機(jī)械手安裝在移動(dòng)平臺(tái)之上。這種結(jié)構(gòu)使機(jī)械手擁有很大的操作空間和高度的運(yùn)動(dòng)冗余性，并同時(shí)具有移動(dòng)和操作功能，這使它優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，因此在危險(xiǎn)作業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)耦合、非線性、非完整性等問題的存在，都使得對搬運(yùn)機(jī)械手的研究具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“上下料機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械
5、手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小
6、批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。 2、總體方案設(shè)計(jì)與論證2.1總體方案設(shè)計(jì)(執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu))2.1.1主體功能設(shè)計(jì)如圖所示的工作臺(tái)機(jī)械手系統(tǒng)構(gòu)成圖(1) pb1、pb2系統(tǒng)總控制開關(guān),繼電器XO、X1(2) PS1工件檢測光電開關(guān)，繼電器X6(3) LS1控制機(jī)械手的夾緊與放松，繼電器Y5(4) LS2控制工作臺(tái)的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，繼電器Y3、Y4(5) LS3控制工作臺(tái)的上升與下降，繼電器Y1、Y2(6) 圖上省略左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)（X3、X4）、上升與下降限位開關(guān)(X5、X2)以及傳送帶A、B電動(dòng)機(jī)(Y6、Y7)、液壓馬達(dá)（Y0） 按下工作啟動(dòng)按鈕，傳送帶A、B開始工作。當(dāng)光電開關(guān)檢測到工件時(shí)傳
7、送帶A電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降電磁閥工作，機(jī)械手下降，到達(dá)下降限位接近開關(guān)，機(jī)械手停止下降,夾緊電磁閥工作，夾緊工件，2秒鐘后機(jī)械手上升電磁閥工作，機(jī)械手上升，到達(dá)上升限位接近開關(guān)，電動(dòng)機(jī)左轉(zhuǎn)電磁閥工作，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)左轉(zhuǎn)，將工件運(yùn)到傳送帶B上方，機(jī)械手左轉(zhuǎn)壓到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)械手下降，到達(dá)限位接近開關(guān)，機(jī)械手停止下降并松開釋放工件，2秒鐘后機(jī)械手上升，到達(dá)限位接近開關(guān)，傳送帶B電動(dòng)機(jī)工作，傳送帶B帶動(dòng)工件運(yùn)行，同時(shí)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)右轉(zhuǎn)，機(jī)械手右轉(zhuǎn)壓到右轉(zhuǎn)限位開關(guān)，傳送帶B電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，傳送帶A電動(dòng)機(jī)又開始工作，機(jī)械手開始循環(huán)工作2.1.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)即直接抓取
8、工件的部分，由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目中采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛，本設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)型。手部多為兩指（也有多指，本設(shè)計(jì)采用兩指）；指形也有不同設(shè)計(jì)，常用的指形有平面、V形面的和曲面的，本設(shè)計(jì)采用平面行的設(shè)計(jì)；手指有外夾式和內(nèi)撐式，本設(shè)計(jì)采用外夾式；另外，根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種，本設(shè)計(jì)采用外抓式。如上圖可以看出。2.1.3驅(qū)動(dòng)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
9、為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，所有動(dòng)作都可以通過液壓實(shí)現(xiàn)。2.1.4控制機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)是自動(dòng)化分揀工件機(jī)械手，所以肯定采取自動(dòng)控制。我們學(xué)過單片機(jī)和PLC課程。倆者各有利弊，可編程序控制器(PLC)是以微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的自動(dòng)控制裝置,它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。PLC在電磁閥的控制等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。所以，對于該分揀機(jī)械手首先想到的是PLC。采用PLC能靈活控制機(jī)械手的操作，而且操作簡單方便；另外，PLC控制器的穩(wěn)定性是其成為工控首選的原因。 所以本設(shè)計(jì)采
10、取三菱FX2N-48MR PLC。（1） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在一條自動(dòng)生產(chǎn)線上，由機(jī)械手將傳送帶A上的物品傳送到傳送帶B上。機(jī)械手的上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、夾緊、放松動(dòng)作分別由電磁閥控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，并用限位開關(guān)及光電開關(guān)檢測機(jī)械手動(dòng)作的狀態(tài)和物品的位置。傳送帶A、B均由三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)應(yīng)有相應(yīng)的保護(hù)。（2） PLC（I/O）分配輸入元件輸入繼電器輸出元件輸出繼電器啟動(dòng)開關(guān)X0上升電磁閥Y1關(guān)閉開關(guān)X1下降電磁閥Y2復(fù)位開關(guān)M10左轉(zhuǎn)電磁閥Y3上升限位開關(guān)X5右轉(zhuǎn)電磁閥Y4下降限位開關(guān)X2夾緊電磁閥Y5左轉(zhuǎn)限位開關(guān)X3傳送帶A電機(jī)Y6右轉(zhuǎn)限位開關(guān)X4傳送帶B電機(jī)Y7光電開光X6
11、復(fù)位電磁閥M4液壓馬達(dá)YO輔助繼電器M10,M11,M12（3） 程序設(shè)計(jì)左轉(zhuǎn)上升夾緊下降原位 松開下降上升右轉(zhuǎn) 上圖為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制所畫的流程圖，根據(jù)上圖可以輕松的設(shè)計(jì)出如下的梯形圖：這個(gè)程序是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來編的,程序中加入的M4輔助繼電器起到復(fù)位作用,啟動(dòng)開關(guān)是X0,停止開關(guān)是X1,程序中還加入了了兩個(gè)計(jì)數(shù)器C0、C1。其中計(jì)數(shù)器C0對下降限位SP2(X2)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手到達(dá)二號（B）傳送帶時(shí)松開機(jī)械手放置物品的控制。計(jì)數(shù)器C1對上升限位SP1(X5)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在松開機(jī)械手放置物品以后上升第二次壓到上升限位SP1(X5)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)右轉(zhuǎn)的控制。2.2總體方案論證2.2.1
12、調(diào)試過程 按下啟動(dòng)開關(guān)X0以后,觀察六秒鐘以后,傳送帶A(Y6)的燈是否亮,如果不亮,說明傳送帶A的電磁閥Y6沒有得電,相關(guān)開關(guān)沒有動(dòng)作,重新查看程序,修改好;如果燈亮,說明這一步程序正常.接下來按下光電開關(guān)(模擬光電開關(guān)檢測到物品),觀察機(jī)械手是否下降(Y2),如果沒有下降,說明這一步程序設(shè)計(jì)得有問題,修改程序,再監(jiān)測;如果機(jī)械手下降,程序正常,繼續(xù)下一步程序檢查.壓下下降限位開關(guān),不要松開,觀察機(jī)械手的夾緊(Y5)檢測燈是否同時(shí)亮起來,如果沒有,程序錯(cuò)誤,修改程序,再作檢測;如果燈同時(shí)亮了,程序正常,繼續(xù)下一步檢查.看看兩秒鐘以后機(jī)械手是否上升(機(jī)械手上升Y1檢測燈是否亮),如果燈沒有亮,
13、說明定時(shí)器沒有起作用,檢查修改這一步程序;如果燈亮了,說明程序正常,繼續(xù)下一步的檢查.壓下上升限位開關(guān),同時(shí)松開之前所壓的下降限位開關(guān),觀察機(jī)械手是否左轉(zhuǎn)(機(jī)械手左轉(zhuǎn)Y3監(jiān)測燈是否亮),如果沒有亮,說明這一步程序有問題,檢查問題然后修改;如果燈亮了,說明程序正常,繼續(xù)下一步檢查.接下來按下左轉(zhuǎn)限位開關(guān)(注:上升限位開關(guān)依然被緊壓,機(jī)械手下降才松開),觀察機(jī)械手是否下降,如果不下降,說明程序有問題,檢查程序,作相應(yīng)修改;如果機(jī)械手下降(機(jī)械手下降的監(jiān)測燈亮),松開之前壓下的上升限位開關(guān),但左轉(zhuǎn)限位開關(guān)不能松開.按下下降限位開關(guān),剛才機(jī)械手是否動(dòng)作(機(jī)械手松開),如果動(dòng)作,程序正常,不然就不正常,
14、機(jī)械手動(dòng)作以后,觀察兩秒鐘以后機(jī)械手是否上升,如果不上升,程序有問題;如果上升,松開下降限位開關(guān),此時(shí)左轉(zhuǎn)限位開關(guān)依然處于壓下狀態(tài).繼續(xù)下一步檢查.按下上升限位開關(guān),觀察傳送帶B是否動(dòng)作,以及機(jī)械手是否同時(shí)右轉(zhuǎn)(Y4),如果同時(shí)動(dòng)作,什么程序準(zhǔn)確,不然就有錯(cuò)誤,得修改程序.然后同時(shí)松開左轉(zhuǎn)限位開關(guān)和上升限位開關(guān),觀察傳送帶B和機(jī)械手是否同時(shí)停止動(dòng)作,及傳送帶A是否動(dòng)作,如果答案是:是,那程序正常,所有程序調(diào)試完成。接下來調(diào)試復(fù)位開關(guān),當(dāng)機(jī)械手傳送帶在運(yùn)作中的時(shí)候,按下停止按鈕,看看能不能復(fù)位,如果可以,什么復(fù)位正常,程序準(zhǔn)確,如果不能,就應(yīng)該找出問題并且修改程序了。2.2.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及
15、解決方法調(diào)試過程中,由于好多按鍵是配合使用的,使用經(jīng)常會(huì)出問題,對程序的設(shè)計(jì)要求比較高,有時(shí)候好難顧及到多個(gè)方面,例如:機(jī)械手還沒有上升的時(shí)候,下降限位開關(guān)必須被壓下,機(jī)械手還沒有左轉(zhuǎn)的時(shí)候,右轉(zhuǎn)限位就必須一直被按著,雖然只是簡簡單單的描述,但真正到了編程的時(shí)候,要求就比較高了,好多時(shí)候,在顧及到機(jī)械手右轉(zhuǎn)的同時(shí),傳送帶B沒有動(dòng)作;或者在松開上升限位和左轉(zhuǎn)限位的時(shí)候,傳送帶B和機(jī)械手右轉(zhuǎn)還是動(dòng)作的.解決方式也是有好多的,最好用的就是一邊調(diào)試一邊修改程序,最終完成程序的編寫.2.2.3結(jié)果分析通過運(yùn)行自己設(shè)計(jì)的正確程序，可以實(shí)現(xiàn)用機(jī)械手將物品從傳送帶A移到傳送帶B，整個(gè)過程通過手動(dòng)結(jié)合程序控制，
16、PLC控制的機(jī)械手傳送帶系統(tǒng)比較大的優(yōu)點(diǎn)就是容易作出相應(yīng)的修改，從而適應(yīng)不同的場合，而且控制比較簡單明了。機(jī)械手的上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、夾緊、放松動(dòng)作分別由電磁閥控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，并用限位開關(guān)及光電開關(guān)檢測機(jī)械手動(dòng)作的狀態(tài)和物品的位置。傳送帶A、B均由三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。3、機(jī)構(gòu)分析與計(jì)算3.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)3.1.1機(jī)械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手; ( 3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)
17、計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型。3.1.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有5個(gè)自由度既：手抓張合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成：（1）手部，采用一個(gè)直線液壓缸，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合；（2） 腕部，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)180；（3）臂部，采用直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)50mm；（4）機(jī)身，采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。3.1.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其
18、裝置。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)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。3.1.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途：搬運(yùn):用于車間搬運(yùn)二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、抓重:6Kg (夾持式手部) 2、自由度數(shù):5個(gè)自由 3 、座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo) 4、最大工作半徑:60mm 5、手臂最大中心高:100mm3.2機(jī)身的總體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)
19、，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：（1） 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，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。（2） 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。（3） 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(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：經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與
20、回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；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。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過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)見下圖。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1804、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與校核4.1機(jī)械手手抓
21、的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為6Kg。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。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 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
22、過綜合考慮，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。4.1.2 手抓的力學(xué)分析下面對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 (a) (b)圖3.1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指 2銷軸 3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長線于A及B。由 =0 得 =0 得 由 =0 得 h F= 式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中
23、心的距離（mm）； 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)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=-。4.1.3機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(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，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。 圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手
24、的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為80mm-180mm。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長,取V型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：計(jì)算 當(dāng)S時(shí)帶入有：夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。5、結(jié)論本智能系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的分揀能力，可以根據(jù)物體的大小，顏色進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試從而快速的進(jìn)行調(diào)整和分揀。該系統(tǒng)具有良好的開放性能，可用來分揀材料、零件、工具等物件；為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專用系統(tǒng)。適用于大批量大規(guī)模小型工件的分揀工作，然后所采用的機(jī)構(gòu)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)都是精度很高，適用性很強(qiáng)的元器件。所采取的PLC可編程控制器也是簡單易操作，在工廠的實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，可以發(fā)揮很大的作用。該套設(shè)備設(shè)
25、計(jì)簡單，維修方便，即便是毫無經(jīng)驗(yàn)的一線操作工都可以在設(shè)備處理簡單故障時(shí)進(jìn)行快速有效的緊急維修。該設(shè)備采用的材料等也是成本低廉，方便各小型工廠的大批量的購買，對生產(chǎn)實(shí)際可以發(fā)揮巨大作用。該套設(shè)備都是采用了模塊化設(shè)計(jì)，從機(jī)械部分到電氣部分，方便安裝也方便適應(yīng)各種各樣工件的分揀，如果在加上一些更多的光電檢測開關(guān)可以對更多不同種類的工件進(jìn)行高效快速的分揀工作，方便適應(yīng)不同廠家的不同需求，后期的可繼續(xù)開發(fā)性特別好，實(shí)用性和適用范圍也是很廣泛。6、收獲、體會(huì)經(jīng)過這次的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，我覺得收獲相當(dāng)大，在這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也提高了自身的實(shí)踐能力。在這次設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了很多問題，對于出現(xiàn)的
26、問題，我們翻找了專業(yè)書籍來復(fù)習(xí)，以前學(xué)的大多是理論性極強(qiáng)的東西，這是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用問題。查找了很多資料，與同學(xué)討論。缺乏一個(gè)完整的知識(shí)體系，以前所學(xué)的知識(shí)沒有在學(xué)完之后進(jìn)行總結(jié)歸納，對于機(jī)械類跟電子類的知識(shí)分別進(jìn)行總結(jié)，只有這樣才能形成自己的知識(shí)體系，在面對機(jī)電一體化這樣的綜合問題才能有步驟地進(jìn)行解決。學(xué)會(huì)掌握常用伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法與控制驅(qū)動(dòng)方式，學(xué)會(huì)軟件的設(shè)計(jì)思路，CPU的選擇等。培養(yǎng)了獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，學(xué)會(huì)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想。7.參考文獻(xiàn)1蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.2001.42金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢態(tài)分析.2001.23吳振順.氣壓傳動(dòng)與控制.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19954馬小軍可編程控制器及其應(yīng)用南京：東南大學(xué)出版社，2007.85史宜巧，田敏PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，201096阮友德電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教程北京：人民郵電出版社，200697巫莉電氣控制與PLC應(yīng)用北京：中國電力出版社，2008614
機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)-自動(dòng)分揀工件機(jī)械手的設(shè)計(jì).doc
