機(jī)械手設(shè)計(jì)說明書雙面.doc

物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)前言由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但目前我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)具有重要意義。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為軸類零件球坐標(biāo)機(jī)械手。隨著生產(chǎn)率水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品精度和質(zhì)量要求越來越來嚴(yán)格，企業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度要求越來越高，工業(yè)機(jī)械手已成為多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備。此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手各組成部分有：手爪、手腕、手臂、機(jī)身、機(jī)座等。并對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)、詳細(xì)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核和繪圖。由于自身缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且本次設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，任務(wù)繁重，而且這方面的資料少，加重了設(shè)計(jì)的難度。所以在設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的錯(cuò)誤，還請(qǐng)各位老師斧正?？傊蚁Ｍㄟ^本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為將來的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 一 對(duì)機(jī)械手的分析1.1 機(jī)械手的分類機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)械手，國外稱為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)械手是屬于第三類機(jī)械手。1.2 發(fā)展趨勢(shì)目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.3 機(jī)械手的組成球坐標(biāo)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)三大部分組成（1） 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以分為手部、手臂、和軀干等三部分。手部一般安裝在手臂的前端其構(gòu)造是模仿人的手指。手臂可以分為無關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂，其主要作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地扎住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。軀干是安裝手臂，動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（2） 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的驅(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)。其中以液壓、氣動(dòng)用的最多，電動(dòng)和機(jī)械用的比較少。（3） 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制的要素包括工作順序，到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。機(jī)械手的控制可以分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制、力控制和智能控制方式等（4）球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高，主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。1.4 應(yīng)用機(jī)械手的意義一、以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.5 課題工作要求機(jī)械加工工業(yè)機(jī)械手是現(xiàn)代制造中的重要裝備，特別是在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)線制造中一種不缺少的裝備，因此按照制造現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，設(shè)計(jì)一種靈巧、機(jī)構(gòu)緊湊、滿足要求的工作范圍，適用銑削加工軸類的機(jī)械手，技術(shù)要求： 收集各種相關(guān)的資料，選擇合適的方案。 能夠正確地工作。 技術(shù)上要先進(jìn)，結(jié)構(gòu)上要合理，要有安全上的保證。 手的夾持部位要有可調(diào)性，每個(gè)動(dòng)作要有緩沖，液壓閥的連接方式采用集成塊。 控制部分要能進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)和回原位五種工作方式。 編寫說明書。工作要求：基本動(dòng)作 伸出夾緊運(yùn)行松開復(fù)位等夾緊工件，運(yùn)行可靠控制：PLC二 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的組成 機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成，驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可以分：機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式。2.2 總體方案根據(jù)課題要求，機(jī)械手需要具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按該自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作，因此可采用以下多種設(shè)計(jì)方案。（1）直角坐標(biāo)系式，自動(dòng)線成直線布置，機(jī)械手空中行走，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，油液站不能固定，這使設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量增大。（2）機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手側(cè)面行走，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能，自動(dòng)線仍呈直線布置。這種方案可以集中設(shè)計(jì)液壓站，易于實(shí)現(xiàn)電氣、油路定點(diǎn)連接，但占地面積大，手臂懸伸量較大。（3）機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點(diǎn)，但配線要求較高。本設(shè)計(jì)擬采用第三種方案，如圖（1）所示。這是一種球坐標(biāo)式機(jī)械手，具有立柱旋轉(zhuǎn)z、手臂伸縮x、手臂俯仰y三個(gè)自由度。2.3 主要參數(shù) 自由度 3 操作方式 自動(dòng) 夾持的工件 50400（軸） 工作范圍 滿足工作要求 傳動(dòng)裝置 液壓坐標(biāo)形式 球坐標(biāo)位置控制 點(diǎn)位電氣控制 控制 工作速度 0.2m/s 位置精度 0.5mm 三 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定機(jī)械手手爪的典型結(jié)構(gòu)有以下五種：1.楔塊杠桿式手爪利用楔塊與杠桿來實(shí)現(xiàn)手爪的松、開，來實(shí)現(xiàn)抓取工件。2.滑槽式手爪當(dāng)活塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑槽通過銷子推動(dòng)手爪合并，產(chǎn)生夾緊動(dòng)作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。3.連桿杠桿式手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動(dòng)，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。4.齒輪齒條式手爪通過活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動(dòng)作。5.平行杠桿式手爪采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動(dòng)，且比帶有導(dǎo)軌的平行移動(dòng)手爪的摩擦力要小得多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證：(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，本設(shè)計(jì)采用齒輪齒條的手爪。驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)，通過活塞桿端部齒條，中間齒輪及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調(diào)定。手抓的具體結(jié)結(jié)構(gòu)形式如下 3.2 夾緊力的確定當(dāng)用不同的手部機(jī)構(gòu)夾緊同一種工件時(shí)，由于各手部機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)不同，所需拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力也不同。當(dāng)手部機(jī)構(gòu)選定后，由于工件的方位不同（如工件水平放置或垂直放置），鉗爪的受力狀態(tài)不一樣，因而所需拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力也不一樣。下圖（2）為兩鉗爪式手部機(jī)構(gòu)，由于驅(qū)動(dòng)力P使一對(duì)鉗口對(duì)被夾持的工件產(chǎn)生兩個(gè)作用力N，當(dāng)忽略工件重量時(shí)（即相當(dāng)于夾緊一塊握力表），這兩個(gè)力大小相等，力N稱為由驅(qū)動(dòng)力P產(chǎn)生的夾緊力。現(xiàn)引入一個(gè)稱為“當(dāng)量夾緊力”的概念，所謂當(dāng)量夾緊力，就是指把重量為G的工件，按某一方位夾緊可以求得其拉緊油缸具有的最小驅(qū)動(dòng)力，這個(gè)最小驅(qū)動(dòng)力所能產(chǎn)生的夾緊力，就稱為工件在這個(gè)方位的當(dāng)量夾緊力。當(dāng)量夾緊力的數(shù)值與具體的手部機(jī)構(gòu)方案無關(guān)。只與工件的重量G和它相對(duì)與鉗爪的放置方位有關(guān)。證明如下：（1）首先求驅(qū)動(dòng)力P與夾緊力N的關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)活塞桿移動(dòng)一小段距離dy時(shí)，兩個(gè)鉗爪都相應(yīng)產(chǎn)生一微小轉(zhuǎn)角d，依據(jù)虛功原理，驅(qū)動(dòng)力P所做功（Pdy）和夾緊力N所做功應(yīng)相等，即 N= （3-1）（2）當(dāng)量夾緊力與工件重量之關(guān)系。當(dāng)鉗爪水平夾緊重為G的工件時(shí)，根據(jù)工件的平衡條件F=0可得R1=R2+G可以看出，上下鉗爪對(duì)工件的夾緊力并不相等，且隨驅(qū)動(dòng)力的增大而增大，但R1和R2的差值永遠(yuǎn)為工件之重量G，如R2=0，R1=G，驅(qū)動(dòng)力最小。這個(gè)最小驅(qū)動(dòng)力可以由下述方法求出：將R1=G，R2=0代入上式得 （3-2）由所產(chǎn)生的夾緊力，即當(dāng)量夾緊力。將（2-10）式代入（2-9）式得 （3-3）從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)量夾緊力與具體的手部結(jié)構(gòu)方案無關(guān)。不同的手部機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)特性不一樣，而當(dāng)量夾緊力與無關(guān)，只與工件的重量和它相對(duì)于鉗爪的放置方位有關(guān)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：N=k3 G式中， N夾持工件時(shí)所需的握力；K3工位系數(shù) G被抓取工件所受重力（N）。工件在傳送過程中還會(huì)產(chǎn)生慣性力、振動(dòng)以及受到傳力機(jī)構(gòu)效率等的影響，故而實(shí)際握力應(yīng)按以下計(jì)算：N實(shí) 式中， 手部的機(jī)械效率，一般=0.850.95；k1安全系數(shù)，一般取k1=1.22；k2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估其中a，重力方向的最大上升加速度； 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.030.5s 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度計(jì)算：設(shè)a=100mm,G=558N，機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力設(shè) =1.02 根據(jù)公式，將已知條件帶入：k3取0.5 =1.5x1.02x588x0.5=449.8N3.3夾緊缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算1.根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： =1378N （3）取 （4）確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa，取P=0.8MPa m根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿外徑為:D=630.5=31.5mm，選取d=32mm2.抓取機(jī)構(gòu)的定位誤差分析 圖（7）所示的為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的示意圖。圖示情況為分別夾持兩種不同直徑的工件時(shí)的情況。其中，為手指長(zhǎng)度，即手指的回轉(zhuǎn)中心A到V形槽頂點(diǎn)B之間的距離；為V形槽的夾角；為偏轉(zhuǎn)角，即V形槽的角平分線BC與手指AB間的夾角；R為工件的半徑。圖（7）工件的中心C與手指的回轉(zhuǎn)中心A之間的距離x可由下式求得：將上式整理后得或此式為雙曲線方程，其曲線如圖所示。圖中曲線表示了X隨R變化的關(guān)系，而且X的變化是以R0為分界線左右對(duì)稱的。當(dāng)工件的半徑由Rmax變化到Rmin時(shí)，X的最大變化量即為定位誤差，其值為在設(shè)計(jì)手指時(shí)，只要給定手指的長(zhǎng)度，選取合適的偏轉(zhuǎn)角，即可根據(jù)工件的最大直徑Rmax和最小直徑Rmin確定定位誤差。為了減少定位誤差，可加大手指的長(zhǎng)度，會(huì)使結(jié)構(gòu)增大，重量增加。另外，選擇最佳的偏轉(zhuǎn)角，也可使定位誤差最小。當(dāng)R等于平均半徑Rm時(shí)，定位誤差最小，此時(shí)式中，最佳偏轉(zhuǎn)角。3.液壓缸壁厚的計(jì)算對(duì)于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算：式中，液壓缸缸筒厚度（mm）；試驗(yàn)壓力（MPa），工作壓力p16MPa時(shí)，=1.5p；工作壓力p16MPa時(shí)，=1.25p，由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)壓力為2.5MPa，故=1.52.5=3.75Mpa；D液壓缸內(nèi)徑（mm）；缸材料體的許用應(yīng)力（MPa）：缸體材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）；n安全系數(shù)，n=3.55，一般取n=5。對(duì)于：鍛鋼 =100120 MPa鑄鋼 =100110 MPa鋼管 =100110 MPa鑄鐵 =60 MPa現(xiàn)選用鑄鐵材料，=60Mpa。將以知數(shù)據(jù)代入上式得因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，取=10mm。4.液壓缸外徑D0及長(zhǎng)度l的計(jì)算L（23）D0，由結(jié)構(gòu)需要確定，取l=60mm。5.液壓缸行程S的確定根據(jù)課題要求以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求查【5】按GB/T2349-1980標(biāo)準(zhǔn)系列確定液壓缸活塞行程為450mm。四 機(jī)械手手腕的設(shè)計(jì) 機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端，與手爪相連接，它與機(jī)械手手臂配合，使手爪在空間運(yùn)動(dòng)，完成所需要的作業(yè)動(dòng)作。4.1手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求、由于手腕安裝在機(jī)械手末端，因此要求手腕設(shè)計(jì)應(yīng)盡量小巧輕盈，結(jié)構(gòu)緊湊。、根據(jù)作業(yè)需要，設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數(shù)目愈多，腕部的靈活性愈高，對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但自由度的增加，必然使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制更困難，成本也會(huì)相應(yīng)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來確定。、為實(shí)現(xiàn)腕部的通用性，要求有標(biāo)準(zhǔn)的連接法蘭，以便于和不同的機(jī)械手手爪進(jìn)行連接。、為保證工作時(shí)力的傳遞和運(yùn)動(dòng)的連貫，腕部結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度。、要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。、手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。4.2具體設(shè)計(jì)方案在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，降低控制的難度，本設(shè)計(jì)手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個(gè)自由度來實(shí)現(xiàn)完全足夠。具體的手腕（活塞桿端部齒條，中間齒輪及扇形齒條）結(jié)構(gòu)見圖2-4。五 機(jī)械手的手臂和機(jī)身的設(shè)計(jì)5.1 手臂和機(jī)身的方案手臂部件（簡(jiǎn)稱臂部或手臂）是機(jī)械手的主要執(zhí)行部分，其作用是支承手腕及抓取機(jī)構(gòu)（包括被抓取的工件或工具），有時(shí)其他一些裝置如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)裝置也安裝在手臂上。機(jī)身則直接支承和帶動(dòng)手臂部件，并實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)、升降、俯仰等運(yùn)動(dòng)。因此，手臂的送放運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力狀況也越復(fù)雜。設(shè)計(jì)手臂和機(jī)身時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：1）剛度剛體是指手臂和機(jī)身在外力作用下抵抗變形的能力。由于機(jī)械手的手臂一般都要懸伸（水平或垂直懸伸），因而手臂和機(jī)身的剛度十分重要。手臂的懸伸量越大，剛度越差，而且剛度歲懸伸距離的變化而不斷變化，因而懸伸量對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)荷能力都有很大的影響。為了提高手臂的剛度，除了盡量縮短手臂的懸伸量外，還應(yīng)合理地選擇使手臂抗彎扭能力強(qiáng)的手臂截面形狀，并合理地確定手臂的壁厚和材質(zhì)，以及合理地布置受力構(gòu)件的位置和方向。2）精度機(jī)械手的精度最終反映在手部的位置精度上，在很大程度上取決與手臂和機(jī)身的精度。影響手臂和機(jī)身的精度的因素較多，主要有本身的剛度、手部和腕部與手臂的連接剛度，以及手臂和機(jī)身運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置和定位裝置的精度等。3）平穩(wěn)性手臂和機(jī)身的質(zhì)量較大，其運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)荷也較大，因而產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)也較大。因此，它們的工作平穩(wěn)性十分重要，將直接影響到機(jī)械手的工作質(zhì)量和壽命，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以足夠的重視。在設(shè)計(jì)時(shí)除了力求結(jié)構(gòu)合理、緊湊、重量輕、慣性小以外，還應(yīng)采取有效的緩沖措施，以便吸收沖擊能量，提高機(jī)械手的工作平穩(wěn)性。4）其他要求對(duì)于一些在特殊條件下工作的機(jī)械手，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足其他特殊的要求。例如：在高溫環(huán)境工作時(shí)，應(yīng)考慮熱輻射的影響；在腐蝕性介質(zhì)環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)考慮防腐蝕措施；在多用途作業(yè)環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)考慮控制、檢測(cè)、維修方便等等。臂和機(jī)身的配置臂和機(jī)身的配置形式反映了機(jī)械手的總體布置形式，主要取決與機(jī)械手的工作要求、運(yùn)動(dòng)形式和作業(yè)環(huán)境，大致上可歸納為以下幾種：1）立柱式這種配置形式適合于回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型機(jī)械手，因而是一種最常見的配置形式。這種配置形式的手臂可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小、工作范圍大的特點(diǎn)。立柱可以安裝在生產(chǎn)線上，為一臺(tái)機(jī)車服務(wù)，也可以在其上加裝行走裝置，為多臺(tái)機(jī)床服務(wù)。立柱式配置形式的機(jī)械手可以做成單臂的，也可以作成雙臂的。后者通過兩臂同時(shí)升降、交臂伸縮，實(shí)現(xiàn)一手上料，一手下料，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。2）機(jī)座式機(jī)座式配置形式的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座的形式，獨(dú)立自成系統(tǒng)，便于安裝和搬動(dòng)。也可在機(jī)座上增設(shè)行走裝置，使機(jī)座能在地面專用軌道上移動(dòng)。這種配置形式的手臂裝在機(jī)座的頂端，適合于回轉(zhuǎn)型或俯仰型機(jī)械手。這種配置形式的機(jī)械手也可以做成雙臂的或多臂的，以便同時(shí)為幾臺(tái)機(jī)床服務(wù)。3）屈伸式屈伸式配置形式的小臂相對(duì)于大臂可以作屈伸運(yùn)動(dòng)，大臂又可相對(duì)于機(jī)身作回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。因此，手臂夾持中心的運(yùn)動(dòng)軌跡為一空間曲線。這種配置形式能有效地利用空間，并能繞過障礙物夾持和送放工件，但使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。4）懸掛式懸掛式配置形式的機(jī)身設(shè)有橫梁，用于懸掛手臂，這種配置形式主要用于直角坐標(biāo)式機(jī)械手。橫梁可設(shè)計(jì)成固定的，也可以設(shè)計(jì)成移動(dòng)的。一般情況下，橫梁可安放在廠房原有的建筑物上。本機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，手臂運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置為雙導(dǎo)向桿式，兩導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在驅(qū)動(dòng)油缸的兩側(cè)。5.2 手臂驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算下圖（13）所示的為手臂作水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力分析。圖（13）當(dāng)壓力油輸入工作腔時(shí)，活塞驅(qū)動(dòng)手臂前伸。其驅(qū)動(dòng)力應(yīng)克服手臂在前伸啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力、手臂運(yùn)動(dòng)部件與密封裝置的摩擦阻力，以及回油腔的壓力（即負(fù)壓）。因此，驅(qū)動(dòng)力為式中， 手臂啟動(dòng)過程中的慣性力；摩擦阻力（包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸體之間的摩擦阻力）；密封裝置處的摩擦阻力，用不同形式的密封裝置，其摩擦阻力不同；油缸非工作腔的壓力（即背壓）所造成的阻力，若非工作腔與油箱或大氣相通，則=0。手臂摩擦力的分析與計(jì)算分析：摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。圖 5.1 機(jī)械手臂部受力示意計(jì)算如下：由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。得 得 (5.2)式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計(jì)算; a導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）; 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對(duì)于圓柱面：摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤(rùn)滑時(shí)：鋼對(duì)青銅：取鋼對(duì)鑄鐵：取計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ，L=1.69-0.028=1.41m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為0.016m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=,在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)速度V=V=, (5.3)密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：5.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=6210N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa（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5.2所示圖5.2 雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， 液壓缸的有效面積：故有： （無桿腔） (5.4) （有桿腔） (5.5)F=6210N，=，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.（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大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： (5.6)設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。5.4手臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性，力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡： (6.1)慣性力矩的計(jì)算： (6.2)式中 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過程中=；t起動(dòng)過程的時(shí)間(s);手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則 (6.3)式中 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 (6.4)回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng)1800mm，直徑為60mm的圓柱體，質(zhì)量為159.2Kg.設(shè)置起動(dòng)角度=180，則起動(dòng)角速度=0.314，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s。4694.3密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。經(jīng)過以上的計(jì)算=4839.5（1） 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為8Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計(jì)算： (6.5)D=151mm既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為150mm,根據(jù)表4.2選擇液壓缸的基本外徑尺寸180mm(不是最終尺寸)，再經(jīng)過配合等條件的考慮。（2） 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算根據(jù)表4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,根據(jù)初步估算：，,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個(gè)面6個(gè)，兩個(gè)面是12個(gè)）。危險(xiǎn)截面所以， 所以螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆铰葆數(shù)闹睆竭x擇d=20mm.選擇M20的開槽盤頭螺釘。經(jīng)過以上的計(jì)算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖5.2所示，內(nèi)徑為150mm，外徑為230mm，輸出軸徑為50mm圖6.2 回轉(zhuǎn)缸的截面圖5.5手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算下圖（14）所示為手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力分析圖。圖（14）由圖可知，當(dāng)手臂與水平線成仰角1和俯角2時(shí)，鉸接活塞缸的驅(qū)動(dòng)力P的作用線與垂直線的夾角a在a1與a2的范圍內(nèi)變化。而作用在活塞上的驅(qū)動(dòng)力通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩與手臂的俯仰角有關(guān)，當(dāng)手臂處在仰角為1的位置OA1時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩為因?yàn)?而 所以 而 式中，a,b,c機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸（參見圖14）；P作用于活塞上的驅(qū)動(dòng)力；P液壓缸的工作壓力；D活塞缸的內(nèi)徑；密封裝置的摩擦阻力；非工作腔的油壓（背壓），當(dāng)非工作腔通油箱或大氣時(shí)，=0。當(dāng)手臂處在俯仰2的位置OA2時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩為因?yàn)?而 所以 當(dāng)手臂處在水平位置時(shí)，=0，驅(qū)動(dòng)力矩為手臂俯仰時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服手臂部件的重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩、手臂啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處的摩擦力矩，即式中，仰運(yùn)動(dòng)時(shí)手臂部手臂作俯件總質(zhì)量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩，當(dāng)手臂上仰時(shí)為正，下俯時(shí)為負(fù)；手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力矩；手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，各運(yùn)動(dòng)副處的摩擦力矩。因在手臂與立柱連接處一般都用滾動(dòng)軸承，摩擦阻力較小，故摩擦力矩可忽略不計(jì)，則上式可簡(jiǎn)化為各缸主要尺寸的計(jì)算結(jié)果如下表所示。 各缸的主要尺寸 mm液壓缸名稱內(nèi)徑D外徑D0寬度b桿徑d厚度長(zhǎng)度l立柱回轉(zhuǎn)液壓缸1502306040手臂俯仰液壓缸4050285265手臂伸縮液壓缸6579207550六 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次所設(shè)計(jì)的機(jī)械手3個(gè)自由度，即主運(yùn)動(dòng)有3個(gè)自由度（手臂的伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰）分別由一個(gè)直動(dòng)液壓和兩個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理圖如下圖所示：6.1 液壓缸參數(shù)確定液壓缸工作載荷的確定R= Rt+RfRmRt=RwRg式中，R液壓缸的工作載荷；Rw液壓缸軸線方向上的外作用力；Rg液壓缸軸線方向上的重力；Rf運(yùn)動(dòng)部件的摩擦力；Rm運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械的液壓缸設(shè)計(jì)，按實(shí)際計(jì)算出工作壓力后，還應(yīng)符合液壓缸額定工作壓力系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（JB2183-77），本設(shè)計(jì)確定的系統(tǒng)工作壓力為2.5Mpa。液壓缸推力的確定當(dāng)液壓缸工作壓力確定之后，即可計(jì)算出液壓缸的推力。對(duì)于活塞式液壓缸，液壓缸的推力為P=pA式中，p系統(tǒng)的工作壓力；A活塞的有效工作面積。.液壓缸流量的計(jì)算液壓缸的工作流量為q=Av式中，v液壓缸或活塞桿的速度；A液壓缸的有效工作面積。因此，只要確定出液壓缸的直徑D，就可求出活塞或液壓缸的有效工作面積，從而可求得液壓缸的推力和流量?；蛘撸鶕?jù)各缸的實(shí)際工作載荷P，先求出活塞或液壓缸的有效工作面積A，再確定各缸的直徑D。6.2.液壓缸基本尺寸的確定1）活塞缸直徑D的確定無桿腔工作時(shí)：D=有桿腔工作時(shí)：D=式中，系統(tǒng)的工作壓力，=2.5Mpa；回油腔的壓力；機(jī)械效率，一般取=0.95； 液壓缸的工作載荷；活塞桿的直徑。按上式計(jì)算后，還應(yīng)按JB2183-77取規(guī)定系列的直徑值。2）活塞桿直徑d的確定活塞桿直徑可按工作壓力確定，對(duì)于常用速比的液壓缸也可根據(jù)已定的缸徑D查下表：液壓缸工作壓力（MPa） 5 57 7活塞桿直徑d （0.50.6）D （0.60.7）D 0.7D另外，當(dāng)液壓缸速度在610 m/s左右時(shí)，也可按活塞往返的工作速度之比來確定活塞桿直徑：d=D，其中=速比與工作壓力有如下關(guān)系：工作壓力（MPa ） 1.0 1.2520 20速比 1.33 1.462 23）液壓缸壁厚的確定=式中，試驗(yàn)壓力； D 液壓缸直徑；缸體材料的許用應(yīng)力。4）液壓缸外徑D0及長(zhǎng)度l的確定D0=D+2l（2030）D0缸體長(zhǎng)度l根據(jù)上式由活塞行程來確定，并注意缸體的制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性。七 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1操作方式機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種。1.手動(dòng)操作：就是用按鈕作機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)的控制。當(dāng)選擇升降按鈕時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手上升；按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手爪夾緊，而按下停止按鈕時(shí)，手爪松開。2.自動(dòng)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的、連續(xù)的周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期動(dòng)作后，回到原點(diǎn)位置。7.2工藝過程與控制要求機(jī)械手的動(dòng)作有腰座的旋轉(zhuǎn)，手臂的府仰，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。手臂府仰和水平伸縮由液壓實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實(shí)現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與齒輪來實(shí)現(xiàn)。其中，液壓缸由相應(yīng)的電磁閥控制，府仰分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止；當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手上升；斷電時(shí)，機(jī)械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅(qū)動(dòng)器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。實(shí)現(xiàn)執(zhí)行手爪夾緊與放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制，當(dāng)線圈不通電時(shí)，柱塞缸不工作，當(dāng)線圈通電時(shí)，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到機(jī)床上方，并準(zhǔn)備下降進(jìn)行上下料工作時(shí)，為了確保安全，必須在機(jī)床停止工作并發(fā)出上下料命令時(shí)，才允許機(jī)械手下降進(jìn)行作業(yè)。同時(shí)，從工件料架上抓取工件時(shí)，也要先判斷料架上有無工件可取。7.3 作業(yè)流程機(jī)械手工作流程如圖所示：從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進(jìn)行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； 下降電磁閥通電，同時(shí)手爪柱塞缸電磁閥也通電，機(jī)械手下降，同時(shí)張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，同時(shí)手爪夾緊，抓住工件； 上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC開始輸出高速脈沖，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 接著下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，機(jī)械手到達(dá)卡盤中心高度； 機(jī)械手開始水平定位后縮，將工件裝入機(jī)床卡盤； 當(dāng)工件裝入到位后，卡盤收緊； 機(jī)械手松開手爪，準(zhǔn)備離開； 接著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC啟動(dòng)高速脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械手作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手回到原點(diǎn)待命； 機(jī)床進(jìn)行加工。當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工完一個(gè)工件時(shí)，發(fā)送下料命令給機(jī)械手，機(jī)械手接到命令后，PLC馬上輸出脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 下降電磁閥通電，同時(shí)手爪柱塞缸電磁閥也通電，機(jī)械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；機(jī)床卡盤松開； 機(jī)械手開始前伸，將工件從機(jī)床上取出，準(zhǔn)備運(yùn)走； 上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC輸出高速脈沖，驅(qū)動(dòng)機(jī)