锻压机上下料机械手的机械及PLC控制（全套含CAD图纸）
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e 10 +35159 +35128 is a on in in of In of is to to a on In to do a to of a of It in of of of 1 is an a in to in an to a o of to a an $ 1998 42 of l. to of on to l of to a to of as as is to is a to as as to of In a of of In in 2 he by in ) is by C i5 to or 98 - to of is by a of of of of is by to of of of . to a 2). To M) of a), B,) R) , in of as of 5) be to V). is l to v) 0) of on to , he to a of in 2. In in a to an as to of a in l a is to e) on of to is as in to to in to an In e) is on xo,yo,it is to of to e (3). of e to of is to , an &). If is it is if is of is In an a mm to or ,.+:? . he of of it it to of by . 43 he in a of of of lm 0 80 is in 4 a of 30m. U it to so it to is to e to n is to , be to ,. to ,. be to of is to as on or in of To to nd . is a 00 he as in in 96 of a ay of 1,3. =g of =0,7 to m,= 1 R=7 Q m=) m b=m v=40 Kg/s ,=s of of =O. 18 m 3 s be 2, V, d,to is is e of as by If is it be e to is in . is to be is by . n be as in 1). In it be of to a V, as a of e as be to a to it at in of as 1) be To of by v.is of 44 0 04 of is to a e. p is to in a as it is it is to by of , a p=200, in in . a AE 5.1 SE 9 mm In of of is . ,. . . . . . a p=200. to by of is to a in to a to in 6. Kp*e+Kd*of Kp d, of in p=200 200. 3 mm AE It is by of an to p d. 200 400 600 000 -0 t) . a PD p=00. ,= 3 mm AE A is is of to in to a of is in in be as a of by an to to to of or . . . . 0 200 400 600 800 1000 . a PD p=400 380. 545 be it in of is II(e). p=200, ,=it to 25 No to D of a of is of a in he be an to it is , PD ID it is to it is on by 4. In a of is 51. e) is he be on . of is a 2D in a to 1 . a D to to of a he of to a in is a in a 6. is . P is or is to e is ce is in is a p is a to on it is 0 of to up to D 0 AE 0 is As as of an to OC to as be in . 0. AE 46 to of of in to a by of a 2 8 a 7 000 it to a a as be in . 4 of of N) it is to of an A PD an is to is up to of D , is in D a a 0s 0m. a PD is or is no of to be ID is to in be D. of is to it is in by or in . to an % P D( 10 (15 7 6 8 8 7 9 7 6 9 6 of OC a to a as as of it is it is to be in of a be be in to in in . be to of OC I ., 1997. o Revi附件 1：外文资料翻译译文 比较控制策略的自主线追踪机器人 摘要 自主移动机器人是一个非常激动人心的领域 ， 特别是对那些参加电子产品课程 的 学生。作者 和 阿维罗大学 的 学生参与了一些在这一领域的活动。特别是，其中一个此类活动是 发明了能够沿着画在地板上直线运动的 机器人。为了 达到 这一效果 ， 一个模拟器已经实施并多次测试了对机器人不同控制方法的影响 。 本文 对 基于 机器人模型和线追踪模拟器 进行了一个简短的描述 。然后 在导致 绝对误差（ 积分误差平方（ ， 易微调和各自代码复杂性方面比较了几种不同 的控制方法。 比较的方 法 :成正比 、 比例微分 、 比例积分导数 、 模糊 、 表为基础的模糊 ， 自我组织唱模糊和神经网络逆模型基础。 1 导言 研发 自主机器人是一个跨学科的活动，因此有很大的教育价值。与此事实上，考虑到作者一直支持阿维罗大学学生小组参加每年一度 在法国举办 的盛事， 在法国，除了其他的任务，自主移动机器人必须沿着一条线运动。 为了更好地理解的线追踪机器人 的行为 ， 为了 显示学生 们在发明机器人时来自 物理 、 几何 、 电子 、仪表和控制集成 方面综合的科学理念， 作者建立了一个 沿线分布机器人的 分析模型。该模型考虑到一些现实世界的限制，允许 预测 以 电动机 电压为基础的 移动机器人 的运动。 另外，作者所描述的几何形状线追踪过程被用来建立一个模拟器。这 决定了某一机器人的 确定路径以及 该路径和参考路径 之间的关系。 该模拟器是一种宝贵的工具， 在之前研发机器人是能够 比较 不同的控制方法以及不同的传感器布局。这样在实际 制造过程中 可以更好地决定机器人 有关 的物理性质。 下一节本文 将对 机器人模型和模拟器 进行一个简短的描述，在 第 3节 是几种不同 控制 方 法 的 比较， 包括 比例 、 比例微分 、 比例积分微分，模糊，表为基础的模糊，模糊自我组织和神经网络逆模型基础。 在 第 4节 中将提到相关结论包 括一些对正在进行的工作的评论。 2 仿真机器人 器人模型 之前已经 提到 学生们建造 的 机器人的活动通常 很 简单 ，见 （图 1） 。 运动是通过使用两个独立的直流电电动机驱动每一个车轮。差分驱动器用于 控制 机器人。一个或两个额外的连铸机车轮用来保持机器人 的横向稳定 。 与参考路径相比较 机器人的偏差是 通过放置在机器人之前的红外光探测器测量的。 通常情况下，车轮速度 的 闭环控制已 经不再运用 。每个车轮的速度控制 间接地 采用马达电压的。此选项可能会降低性能的跟踪算法但简化了最后的调整。请记住，闭环速度控制方向盘使用将需要调整两个额外 的独立循环。图 1， 基本 机器人 。 图 1 基本机器人 这些特点已用于计算模型线追踪机器人（图 2 ） 。 为了进一步 提高 准确性 ，该模型在 惯性（质量（ M） 和转动惯量（ j ），摩擦系数（ 平移 （ 旋转（ B）运动） ， 电动马达参数（电阻（ R ）和 电机常数（ ，额外的 噪声（ 在 传感器 中读取 ）和机器人 的 物理限制，如线传感器（ 5） 的长度 和可用于电机（ 大电压 。该 模型 l描述并且计算电压应用电动机为基础的机器人的线性度（ v）和角速度（ 0)。 追踪模拟器 上文 已经 提到 机器人模型与 几何分析线追 踪 问题是相辅相成的 。这个问题属于一般路径跟踪问题 在众多文献 2中已经被解决 。 特别是， 本文呈现的该 模拟器 用 被动的方式来跟踪未知 的 线 的 方法 与之 前计划的 跟 踪路径 相反。 因此， 这是事先得知。 图 2 机器人模型 几何分析还表明，可根据目前的偏差 、 车轮速度和 机器人相对于线的 角度位置 来 计算出未来偏离线（ e）。该机器人是用来作为参考。然而，为了更好地界定参考轨迹和想象的机器人轨迹，另一种模式是建立在该机器人的位置 基础上而做出 一个绝对的参考。 在这几何模型基 中 ， 机器人 偏离线 （ e） 可根据 机器人绝对位置和车轮的速度 来计算 。 知道 机器人的位置（坐标 X,Y,Z） 是有可能计算相交的传感器阵列与线（ ， 然后可以计算出偏差 e（图 3 ） 。 由此 可以得出机 器 人位移的轨迹 图 3 线追踪几何模型 在一个无限小的时间间隔来计算机器人位移 。 如果这个区间保持足够小则是不相关的，如果直线运动是分开考虑的 ,那 角运动和其中 那 些是 要 首先考虑 的。在实验进行 时 ，这样的一个区间 里 轨迹点 以 每 5毫米计算是小到足以获得同样的轨迹 ，不管 是角或直线运动 都会 被 首先考虑 。 几何模型可以参考线组成的直线段和圆弧的周长一个接一 个 加入 。 虽然它似乎 有 限制，它允许创建几乎任何种类的轨迹顺利通过使用不同的圆弧半径。图 2 为 该机器人模型 。 考路径 该模拟是 在 由直线段与弧线交错的 围成 的弧形 90 或 180 孔一起插入纸的直片段所组成的参考路径。 这种路径 在 图 4中所描述 ，总长度约 30米 。 图 4 参考路径 器人 参数 在 5月的这一年 ， 阿维罗大 学以本文模拟为基础的 机器人 为 代表 参加在法国堡贝尔纳 的 1996年的国际移动机器人锦标赛 。 根据 1,3的 详细资料，下面的参数 为： 重量 M = 转动惯量 J = 克 马达最大可用电压 = 电机参数（ R= 7 欧姆 和 ） 车轮直径 车轮之间的距离 b = 线性运动摩擦系数 0kg/s 角运动摩擦系数 g. /s 类型传感器阵列 宽度传感器阵列 S=18米 3 比较控制策略 可以 图 看出，机器人模型有两个投入 ， V 和 驱动电动机。然而，只有一个错误的信号是偏差的机器人 将通过传感器经 参考路径 传送 。如果机器人总是向前推进，可以看出，任何控制 方法 ，将减少使机器人回 到参考路径。 由于差动电压是一个确定的角运动的机器人 的 ，让它改变方向，使之收敛的路线，一个简单的可能性是使用电子邮件直接控制 为最终目的是为实现最高速度的参考路径 ， 平均电压 V， 可以设置为最大值 。 然而，实际的电压适用于马达的驱动器是有限的。反映了修正到平均收益率差电压变风量和 将真正提供给机器人模型。 此外，产出的传感器功能被损坏 和 加性噪声 。 这噪声允许这些缺陷影响线路或地板，电器干扰传感器的读数和有限精度。为了便于比较，噪音载体，保持同对所有运行从开始到终结点。 控制是数字化 ，采样周期为 100毫秒。 完整的控制系统图 5。 那个参考输入的路径进行跟踪。错误信号是偏差宣读的传感器阵列。 图 5 完整的控制系统 在这种简单的模式控制功能可书面表达 。 在非常快的机器人 中 ， 有兴趣的也可以 使用 如，这可以用来减慢机器人，同时描述了曲线和加快沿直线部分。然而，机器人通常都建不是非常快 ， 运行不到 语。因此， 在 本文其余的简单的办法在（ 1 ）中 将被用于 。 要比较性能的每一个控制方法两项主要措施已使用的整体绝对误差（ 积分 误差平方（ ，综合沿着充分参考路径。其他两个措施也被使用时，机器人 将达到 最大绝对误差（ 和平均时速 。 例控制 最简单的形式的控制是使用比例 e 控制功能产生 。 虽然简单，这种方法提出了几个问题。 正 如这一点最 大价 值为 是很难找到（需要许多 判断 ）特别是在非线性系统 。 另外，它能够提供的相对较 少 最佳的性能，因为它无法弥补的滞后所造成的机器人惯性。 为充分参考路径图 4,使用比例控制 200 ，造成偏差情节描述见图 6。 注意典型的振荡起因于与简单的比例的方法一起获得比较 差的控制。 图 6 使用 00控制比例 附件 2：外文原文 毕业设计 (论文 ) 锻压机上下料机械手的机械及 制设计 LC 生姓名 学院名称 专业名称 指导教师 年 月 日 院毕业设计 (论文 ) I 院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 院学位论文版权协议书 本人完全了解 院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归 许论文被查阅和借阅。 院可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘要 院毕业设计 (论文 ) 文简要介绍了工业机器人的概念，组成和分类 以及 自由度和坐标形式 ,并阐述了 液压技术的特点 以及其 在国内外发展的特点和 本文 通过对 锻 压机取件 机械手 进行 总体设计，确定了机械手的坐标 形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时， 对 机械手的夹持式手部 、 手腕结构 进行了 结构设计，计算出 了使它们动作需要的扭矩，同时 设计了机械手的液压系统，机械手工作图液压系统原理图，液压系统的工作原理图的参数化绘制进行了研究， 并对 液压机械 手所 使用的轴承，传动轴等 进行了 计算，选择标准件 。 大大提高了绘图效率和图纸质量， 这些 早期的工作 为后续的 液压机械手 的设计 做 足 了充分的准备。 本文 所设计的液压机械手在很大方面提高了生产效率，节约了生产成本，对后续的机械手的研究和发展也有着重要的意义。 关键词 工业机器人 ；锻压机上下料 机械手 ； 院毕业设计 (论文 ) t of of s of of of At of he of of of of of of of of LC to LC to of s of 院毕业设计 (论文 ) I 目 录 1 绪论 .械手概述 .械手的组成和分类 . 机械手的组成 .械手的分类 .内外发展状况 . .题的提出及主要任务 . 机械手的设计方案 .械手的座标型式与自由度 .械手的手部结构方案设计 .械手的手腕结构方案设计 .械手的手臂结构方案设计 .械手的主要参数 .械手的技术参数列表 . 手部结构设计 .持式手部结构 . 手指的形状和分类 . 设计时考虑的几个问题 . 手部夹紧 油 缸的设计 . 手腕结构设计 .腕的自由度 .腕的驱动力矩的计算 . 手腕转动时所需的驱动力矩 . 回转 油 缸的驱动力矩计算 . 回转 油 缸的驱动力矩计算 校核 . 手臂伸缩，升降，回转油缸的设计与校核 .臂伸缩部分 尺寸设计与校核 . 尺寸设计 . 院毕业设计 (论文 ) 尺寸 校核 . 导向装置 . 平衡装置 .臂升降部分 尺寸设计与校核 . 尺寸设计 . 尺寸 校核 .臂回转部分尺寸设计 与校核 . 尺寸设计 . 尺寸 校核 . 液压 系统设计 . 压缸的选型计算 . 压 系 统原理图的确定 . 机械手的 制设计 .编程序控制器的选择及工作过程 . 可编程序控制器的选择 . 可编程序控制器的工作过程 .械手可编程序控制器控制方案 .论 .谢 .考文献 院毕业设计 (论文 ) 1 1 绪 论 械手概述 工业机器人由操作机（机械本体），控制器，伺服驱动系统和传感检测装置组成，它是一种仿人操作，自动控制，可重复编程，在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种柔性生产，可变容积。它的稳 定性，提高产品质量，提高生产效率，改善工作条件和快速更新的产品更新换代起着非常重要的作用。机器人技术是一种高新技术集成，多学科理论，机制，控制，技术，人工智能信息和传感器，仿生和形成，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人的应用，是一个国家工业自动化水平的重要指标。机器人并不是在简单意义上代替手工劳动，而是一个综合的电子机械装置的一个人形的人的技能和专业知识的机器，作为一个男人的快速反应的环境的分析和判断能力的状态，该机可长时间连续工作，精度高，抗恶劣环境的能力，这种进化是从某个意义上的机械过程的结 果，是重要的制造业和服务业和非工业设备，自动化设备和先进制造技术不可缺少的。机械手是模仿人手的部分，根据给定的程序，轨迹和要求实现自动抓取，搬运和自动机械装置的操作。应用于工业生产的称为“工业机械手”。机械手的应用可以提高生产的自动化和生产力的生产水平：能降低劳动强度，保证产品质量，实现安全生产；特别是在高温，高压，低温，低压，粉尘，易爆，有毒液体和放射性等恶劣环境中，它不是人类正常的工作，更重要的。因此，越来越多的被广泛引用的机械加工，冲压，铸造，锻造，焊接，热处理，电镀，涂装，装配和轻工业，交通等。机械 手的结构形式开始比较简单，更具体的，只有机器装卸装置，是一种特殊的机械连接到机械手。随着工业技术的发展，使得独立的按程序控制实现重复操作，具有适用范围广的程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能迅速改变工作程序，适应性强，所以它可以在不断变换的小批量生产品种生产线中广泛引用。 械手的组成和分类 械手的组成 锻压机取件机械手 主要由执行机构、 控制 系统以及位置检测 机构 等 等部分组成。 下图即为各组成部分的逻辑框图： 院毕业设计 (论文 ) 2 (一 )执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有 的还增设 有 行走机构。 1、手部 手部是直接与目标对象接触，而且是与不同形式的物体接触，可分为夹持式和吸附式手在本文中我们使用手握式结构。手握式的手指（或爪）形成和传力机制。手指与物体直接接触的部件，常用的手指运动形式的旋转和平移式。旋转手指结构简单，制造容易，因此被广泛应用。翻译类型较少使用，原因是结构较为复杂，但翻译式指夹圆形零件时，工件直径变化不影响其轴向位置，使工件装夹的变化范围大直径是合适的。手指结构取决于表面形状，对象的把握抓住了网站（是大纲或孔）的重量和大小和对象。常用的指形平面，在 手指有外夹式和内；双指型指数，多指型和双指式等。通过手指的力传动机构产生夹紧力来完成夹持物体的任务。传力机构的类型是比较常用的是：滑杆，连杆杠杆式，斜杆，齿轮齿条式，螺母弹簧式和重力式等。 2、手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位 (即姿势 )。 3、手臂 手臂是支撑抓住物体，手的一个重要组成部分，手腕。手臂是指驱动来把握对象的作用，并根据预定的要求将被运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如气缸，液压缸，齿轮齿条机构，连杆机构，螺旋机构和凸轮机构）和驱动源 （如液压，液压或电机匹配，等）实现各种的手臂动作。 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，手臂的回转运动和升降 (或俯仰 )运动均与立柱有密切的联系。机械手的立 时也可作 院毕业设计 (论文 ) 3 横向移动，即称为可移式立柱。 5、行走机构 当工业机械手需要完成远程操作，或扩大使用范围，可以是一个惰轮行走机构可以包辊，履带行驶在框架机制，以实现工业机械手的机械运动。滚轮式轨道和无轨两布。驱动辊的运动应加机械传动装置。 6、机座 基座是机械手的基础部分，机械手执行机构和驱动系统的各个 部分都安装在基座上，起支撑和连接的作用。 (二 )驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的调节装置，动力装置和辅助装置。传动系统中常用的液压传动，液压传动，机械传动。控制系统是由运动的要求按工业机械手系统为主。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电液位置（或定位块组成的机械系统）。电液控制系统和流量控制，它支配着机械手按规定的程序运行，指令信息和人给机械手的记忆（如动作顺序，运动轨迹，运动速度和时间），同时，根据控制系统的信息，必要时执行机构发出指令，机械手的动作，监控，报警信号时发出的动作有 错误或失败。 (三 )控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电 液 定位 (或机械挡块定位 )系统组成。控制系统有电 液 控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 (四 )位置检测装置 机械手的控制执行机构的运动位置，并保持实际执行器的位置反馈给控制 系统，与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度到达设定位置。 械手的分类 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 : 1、专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械 院毕业设计 (论文 ) 4 手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下 料机械手和“加 工中心” 2、通用机械手 它是一个独立的控制系统，机械手程序，灵活多变的动作。网格的性能范围，其行动计划是可变的，通过调整可在不同场合下使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于小批量自动化生产品种的变化。根据不同的定位控制一般的机械手可分为简单和伺服型两种：“一关”控制方向的简单类型，唯一的点对点控制：可以是一个点，也可以实现连续轨迹控制，定位伺服控制系统，伺服式，伺服万能机械手属于数控型。 内外发展状况 对国外机器人领域发展近 几年有如下趋势： （ 1）工业机器人性能不断提高（高速度，高精度，高可靠性，操作和维修方便），和单一的价格不断下降，从 91年到 97年的 103000美元到 650000美元的平均单位价格。 （ 2）机械结构向模块化，可重构的发展。例如，伺服电机，减速器，检测系统的关节模块中的三个关节模块，集成连接模块：采用特种机器人重组形式；模块化的装配机器人产品问市，在国外已。 （ 3）工业机器人控制系统向基于 于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜变得更加紧凑，和模块化结构的使用大大提高了系统 的可靠性，可操作性和可维护性。 （ 4）传感器在机器人成为越来越重要的作用，除了使用的位置，速度，加速度传感器的传统，装配，焊接机器人也用于视觉，触觉传感器，同时使用视觉，听觉的远程控制机器人，融合技术力量，环境建模和决策控制的触觉和其他多传感器；在产品配置系统的多传感器融合技术已经成熟的应用。 （ 5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从模拟发展到预览，用于过程控制，如在远程工作环境的感觉产生的远程控制机器人操作机器人。 （ 6）的远程控制机器人的现代系统发展的特点是不充分的自主控制系统人机交互的追求，而是致力于操 作者和机器人，即远程监控远程操作系统和地方自治制度形成一个完整的，使机器人走出实验室进入实用阶段。最著名的例子是美国旅居者”机器人在火星”是成功应用的发射系统。 院毕业设计 (论文 ) 5 （ 7）机器人化机械开始兴起。从 94年美国开发的“虚拟轴机床，这个新设备已成为世界研究的热门课题之一，研究探讨其应用领域。 题的提出及主要任务 该项目将完成的主要工作如下： （ 1）为液压机械手，因此相对于专用机械手，适用面较宽。 （ 2）坐标式机械手的自由度和选择。 （ 3）设计机械手的执行机构，包括：设计的手，手腕，手臂和其他部分。 为了使一个更通用的，一方面旨在取代结构，不仅可以应用于夹手指的抓取和锻件，也可以吸收金属薄板工件的液流负压抽油时所需要的行业。 （ 4）液压传动系统的设计 本课题将机械手液压传动系统的设计，包括液压元件的选择，液压回路的设计，并绘制液压系统原理图。 （ 5）研究了液压传动系统原理图的参数化绘图，提高绘图效率，提高绘图质量。 （ 6）对机械手控制系统设计。 机械手采用可编程控制器（ 制机械手，该项目将选择 据工作流程组织的机械手的 画出梯形图。 2 机械手的设计方案 液压机械手的基本要求是快速，准确地取放和搬运物体，具有精度高，响应速度快，有一定的承载能力，在任何位置足够的工作空间和灵活的自由度，可以自动定位性能。液压机械手的设计原理是：充分分析作业对象（工件）所提出的技术要求，操作程序和最合理的过程，并满足系统功能要求和环境条件；明确的结构形状和材料特性的工件，定位精度高，采集，处理应力特性，尺寸和质量参数等，从而进一步确定机械手的结构及运行控制的要求；标准件尽量选择定型，简化设计和制造过程中，普遍性与特殊性，并能实现柔性转换和编程控制。本设计的机械手是一个通用的液 压装卸机械手，是一种自动处理或设备的合适的操作为批，小批量生产，可以改变行动计划，动态强度和单调频繁的生产场合操作。它可用于在恶劣环境下的应用操作。 械手的座标型式与自由度 根据运动的不同形式和组合的机械臂，坐标型式可分为直角坐标式，圆柱坐标型，标准型和三通。由于起重机械臂，收缩和旋转运动的进料，因此，使用圆柱坐标式。三自由度相应的机械手，以弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个臂上下摆动的自由度。 院毕业设计 (论文 ) 6 图 2械手的运动示意图 械手的手部结构方案设计 为了 使机械手变得更加通用 ，机械手的结构设计成可变结构方面，当工件是锻件，使用手握式；当工件是板料 时， 使用 负压吸盘即可 。 械手的手腕结构方案设计 考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须 院毕业设计 (论文 ) 7 设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转 液 缸。 械手的手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降 (或俯仰 )运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动 即为手臂的横移。手臂的各种运动由液缸来实现。 械手的主要参数 机械手抓是最大重量规格的主要参数，是液压驱动的使用，所以考虑把握对象不应该太重，咨询了机械手的相关设计参数，结合工业生产的实际情况，为 10公斤抓取工件的设计质量。运动的 2个基本参数是主机械手的基本参数。操作机械手设计速度击败提出了要求，速度低，限制了它的使用范围。影响机械手的运动速度的主要因素是伸缩臂和旋转速度。最大移动速度的机械手的设计。最大转速设计。平均速度。平均旋转速度。机械手在启动，停止，存在减速过程，在一个行程曲线来说 明一个更全面的速度特性，由于平均速度和行程，所以用平均速度与速度特性线速度更。除了移动速度，基本参数设计和臂伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成人工坐或站立和行走的操作空间稍等。过度的膨胀冲程和工作半径，必然带来对转矩增加刚度折减的重点。在这种情况下，应采用自动输送装置好。根据统计和比较，伸缩行程机械臂设置为 600大工作半径约 1500 械手的技术参数列表 一、用途 :用于锻压件的上下料。 二、设计技术参数 : 1、抓重 2、最大工作半径 3、定位方式 行程开关或可调机械挡块等 5、定位精度 6、驱动方式 液压传动 7、控制方式 点位程序控制 (采用 院毕业设计 (论文 ) 8 图 23 手部结构设计 为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部 :如果有实际需要，还可以换成液压吸盘式结构， 持式手部结构 夹持式手部结构由手指 (或手爪 )和传力机构所组成。其传力结构形式比较多， 如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。 指的形状和分类 夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为内卡式 (或内涨式 )和外夹式两种 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型 (或称直进型 )，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指 ;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛 。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。 计时考虑的几个问题 (一 )具有足够的握力 (即夹紧力 ) 在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。 (二 )手指间应具有一定的开闭角 两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工 院毕业设计 (论文 ) 9 件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。 (三 )保证工件准确定位 为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“ V”形面的手指，以便自动定心。 (四 )具有足够的强度和刚度 手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。 (五 )考虑被抓取对象的要求 根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点 两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成 结构如附图所示。 部夹紧 液 缸的设计 1、手部驱动力计算 本课题液压机械手的手部结构如图 3 图 3塞式油缸手部 工件重量 G=10公斤， 1202 ， 41 2 0 ,摩擦系数为 10.0f (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : N (2)根据手指夹持工件的方位 ，可得握力计算公式 : )( )(25)42560( 所以 N )(245 N (3)实际驱动力 : 院毕业设计 (论文 ) 10 21实际I,因为传力机构为齿轮齿 条传动，故取 ，并取 K 。若被抓取工件的最大加速度取 时，则 : 412 所以 )(p 实际 所以夹持工件时所需夹紧液缸的驱动力为 2、液缸的直径 本液缸属于单向作用液缸。根据力平衡原理，单向作用液缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力， 其公式为 : 4 21 式中 : 1F - 活塞杆上的推力， N - 弹簧反作用力， N 液缸工作时的总阻力， N P - 液缸工作压力， 簧反作用按下式计算 : )1( 141 式中 : 弹簧刚度， N/m 1 - 弹簧预压缩量， m s - 活塞行程， m 1d - 弹簧钢丝直径， m 院毕业设计 (论文 ) 11 1D - 弹簧平均直径， . n - 弹簧有效圈数 . G - 弹簧材料剪切模量，一般取 在设计中，必须考虑负载率 的影响，则 : 421 由以上分析得单向作用液缸的直径 : (4 1 代入有关数据，可得 fG 4333915)1030(8)/( )1( )(N 所以 : D 1(4 )( 查有关手册圆整，得 5 由 可得活塞 杆直径 : ( 圆整后，取活塞杆直径 8 校核，按公式 )4/( 21 有 : /14( 其中， ， 501 则 : 2 0/4 9 04( d 院毕业设计 (论文 ) 12 满足实际设计要求。 3,缸 筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空液压力，必须有一定厚度。一般液缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算 : 2/ 式中 :6- 缸筒壁厚， - 液缸内径， mm 实验压力，取 , 料为 : =3入己知数据，则壁厚为 : 2/ )(032/(10665 65取 ，则缸筒外径为 : )( 4 手腕结构设计 考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转液缸。 腕的自由度 手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。手腕自由 度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕用最多的为回转油 (液 )缸，因此我们选用回转液缸。它的结构紧凑，但回转角度小于 360 ，并且要求严格的密封。 4. 2手腕的驱动力矩的计算 院毕业设计 (论文 ) 13 腕转动时所需的驱动力矩 手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生 的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩 图 4腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算 : 封摩偏惯驱 式中 : 驱M - 驱 动手腕转动的驱动力矩 ( ); 惯M - 惯性力矩 ( ); 偏M - 参与转动的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回转缸的动片 ) 院毕业设计 (论文 ) 14 对转动轴线所产生的偏重力矩 ( )。 封M - 手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦阻力 矩 ( ); 下面以图 4析各阻力矩的计算 : 1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩 若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为 ，起动过程所用的时间为 t ，则 : ).(1 ）（惯 式中 :J - 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 ).( 2 1J - 工件对手腕转动轴线的转动惯量 ).( 2。 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 1J 为 : c 11 21e 式中 : 工件对过重心轴线的转动惯量 ).( 2 1G - 工件的重量 (N); 1e - 工件的重心到转动轴线的偏心距 ( - 手腕转动时的角速度 (弧度 /s); t - 起动过程所需的时间 (s); 起动过程所转过的角度 (弧度 )。 2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 偏M 11+ 33( ) 式中 : 3G - 手腕转动件的重量 (N); 3e - 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距 ( 院毕业设计 (论文 ) 15 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 11 . 3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 封M 封M )(2 12 A ( ) 式中 : 1d ， 2d - 转动轴的轴颈直径 ( f - 摩擦系数，对于滚动轴承 01.0f ，对于滑动轴承 1.0f ; 处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解， 根据 0 ）（ ,得 : 33 22 32211 同理，根据 (F) 0 ,得 : l )()()( 332211 式中 : 2G - 的重量 (N) 321 , 如图 4 4、转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。 转 液 缸的驱动力矩计算 在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转液压缸，它的原理如图 4片 1与缸体 2固连，动片 3与回转轴 5固连。动片封圈 4把液腔分隔成两个 动输出轴作逆时 4回转，则低压腔的液从 之，输出轴作顺时针方向回转。单叶液缸的压力 的关系为 : )(222 ； 腕回转缸的尺寸及其校核 院毕业设计 (论文 ) 16 液压 缸长度设计为 00 ,液 缸内径为 1D =96径 8 ,轴径62 2D =26径 3 ,液 缸运行角速度 = s/90 ，加速度时间t = 压强 , 则力矩 2 )(22 ).( 226 1测定参与手腕转动的部件的质量 01 ,分析部件的质量分布情况， 质量密度等效分布在一个半径 0 的圆盘上，那么转动惯量： 221 2 （ 工件的质量为 10质量分布于长 00 的棒料上，那么转动惯量 ).(c。 假如工件中心与转动轴线不重合，对于长 00 的棒料来说，最大偏心距 01 ，其转动惯量为 : ).(0 1 6 4 c 院毕业设计 (论文 ) 17 惯M )( 1 ).(2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为 虑手腕转动件重心 与转动轴线重合， 01 e ，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线03 ,则 偏M 11+ 33 ).(3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为 摩M ，对于滚动轴承 01.0f ，对于滑动轴承 f =1d ， 2d 为手腕转动轴的轴颈直径， 01 , 02 , 轴颈处的支承反力，粗略估计 00 , 50 , 摩M )(2 12 A ) ).(05.0 4回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。在此处估计封 封M 3摩M ).(15.0 封摩偏惯驱 ).(29 院毕业设计 (论文 ) 18 设计尺寸符合使用要求，安全。 5 手臂伸缩，升降，回转液缸的尺寸设计与校核 臂伸缩 液 缸的尺寸设计与校核 臂伸缩 液 缸的尺寸设计 手臂伸缩液缸采用烟台液压元件厂生产的标准液缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，液缸用 寸系列初选内径为 100/63。 尺寸校核 需校核液缸内径 1D =63径 R=设计使用压强 , 则驱动力： 2 )(6N 1、 测定手腕质量为 50计加速度 )/(10 ，则惯性力 1 )(5001050N 定摩擦系数 2.0k , )( 总受力 10)(600100500N 院毕业设计 (论文 ) 19 0所以标准 的尺寸符合实际使用驱动力要求要求。 向装置 液压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采 用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。 导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。 衡装置 在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩液缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和液缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。 臂升降 液 缸的尺寸设计与校核 寸设计 液压缸运行长度设计为 l =118缸内径为 1D =110径 R=55压缸运行速度，加速度时间 t =强 p=驱动力： 20 . 26 )(3799 N 寸校核 1测定手腕质量为 80重力 )(8001080N 院毕
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