上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)及Inventor運(yùn)動(dòng)仿真

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 專業(yè) 班級(jí) 姓名 一、課題名稱： 上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)及Inventor運(yùn)動(dòng)仿真 二、主要技術(shù)指標(biāo)： 主要參數(shù)的確定 a）坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo) b)

2、臂的運(yùn)動(dòng)行程：伸縮運(yùn)動(dòng)100mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)150 c）運(yùn)動(dòng)速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可 d）控制方式：起止設(shè)定位置 e）定位精度：0.5 mm f ) 手指握力：392N

3、 g) 驅(qū)動(dòng)方式：氣壓驅(qū)動(dòng) 三、工作內(nèi)容和要求： 原始數(shù)據(jù)及資料 ㈠ 原始數(shù)據(jù)： a）生產(chǎn)綱領(lǐng)：1000件（兩班制生產(chǎn)） b) 自由度（四個(gè)自由度） c）臂轉(zhuǎn)動(dòng)150 d）上下運(yùn)動(dòng)

4、500 mm e）臂伸長（收縮）100 mm ㈡ 設(shè)計(jì)要求 a）上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖，裝配圖，各主要零件圖（一套） b) 氣壓原理圖（一張） c）機(jī)械手三維造型及運(yùn)動(dòng)模擬仿真 d）設(shè)計(jì)說明書（一份） 四、主要參考文獻(xiàn)： [1]王淳.氣動(dòng)技術(shù).中國輕工業(yè)出版社.2005 [2]王承義．其應(yīng)機(jī)械手及用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 [3]

5、王承義．機(jī)械手及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981． [4]廖常處．PLC編程及應(yīng)用[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002． [5]黎樹明等．工程船液壓傳動(dòng)裝置．北京：人民交通出版社，1984 [6]凌勇堅(jiān)．絞車氣動(dòng)剎車裝置的設(shè)計(jì)．機(jī)械，2002(4) [7]許偉達(dá)，凌勇堅(jiān)．氣壓操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．液壓與氣動(dòng)，2003 (3) [8]林國重等．液壓傳動(dòng)與控制．北京：北京理工大學(xué)出版社．1986 [9]官忠范等．液壓傳動(dòng)系統(tǒng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 [10]膪啟賢主編 自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)．北京：輕工業(yè)

6、出版社出版．1987 [11]黃錫凱,邦文緯主編 機(jī)械原理 北京：高等教育出版杜.1981 [12]棘灝主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊．北京：化工業(yè)出版社出版．1991 學(xué) 生（簽名） 年 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日

7、 教研室主任（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日  畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)及Inventor運(yùn)動(dòng)仿真 一、 選題的背景和意義 自從1962年美國研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，機(jī)器人技術(shù)不再局限于傳統(tǒng)的工業(yè)和制造業(yè)，已被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。如我國研發(fā)出特種機(jī)器人、農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人[1],據(jù)專家指出，21世紀(jì)將是發(fā)展服務(wù)用機(jī)器人[2]。 提高產(chǎn)

8、品的設(shè)計(jì)水平和縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中采用三維設(shè)計(jì)Inventor 軟件進(jìn)行產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，同時(shí)對機(jī)械手的作業(yè)空間進(jìn)行了分析并仿真, 碰撞檢測。 該上料機(jī)械手靈敏度高、穩(wěn)定性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的。對于現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展起了推進(jìn)型的作用. 二、 課題研究的主要內(nèi)容： 所完成的上料機(jī)械手只要能打到以下幾點(diǎn)要求即可: a）生產(chǎn)綱領(lǐng)：1000件（兩班制生產(chǎn)） b) 自由度（四個(gè)自由度） c）臂轉(zhuǎn)動(dòng)150 d）上下運(yùn)動(dòng)500 mm

9、 e）臂伸長（收縮）100 mm 三、 主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述： 本設(shè)計(jì)主要實(shí)在理解氣壓驅(qū)動(dòng)和Inventor基本工作原理的基礎(chǔ)上,運(yùn)用PLC編程對其進(jìn)行應(yīng)用, 機(jī)械手設(shè)計(jì)采用自下而上和自上而下相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想, 每一部分的設(shè)計(jì)過程不是獨(dú)立進(jìn)行，而是逐步遞進(jìn)、前后照應(yīng). 考慮到設(shè)計(jì)階段難免會(huì)經(jīng)常調(diào)整、修改設(shè)計(jì)方案. 在設(shè)計(jì)中充分利用Inventor獨(dú)特的“自適應(yīng)”技術(shù)和方便高效的“設(shè)計(jì)加速器”功能, 以提高設(shè)計(jì)效率. 資料主要由指導(dǎo)老師提供及查閱參考書整理而成。 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排： 時(shí)間（迄止日期） 工 作 內(nèi) 容

10、 8.1~8.2 選題，查找、分析資料 8.3~8.4 選題，查找、分析資料 8.5~8.7 選題，查找、分析資料 8.8~8.11 氣壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) 8.12~8.15 機(jī)械手組裝設(shè)計(jì) 8.15~8.18 繪制圖紙 8.18~8.20 完成初稿，交指導(dǎo)老師審閱 8.20~8.24 完成初稿，交指導(dǎo)老師審閱 8.24~8.28 完成設(shè)計(jì)并定稿，答辯 五、指導(dǎo)教師意見： 　　　　　　　　　　　　 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 六、系部意見： 　　　　　

11、　　　　　　 系主任簽名： 年 月 日 機(jī)械手設(shè)計(jì)及Inventor運(yùn)動(dòng)仿真 目 錄 引言 ………………………………………………………………………6 1.氣動(dòng)機(jī)械手的功能與結(jié)構(gòu) ……………………………………………7 2. PLC 的選擇 …………………………………………………………8 2.1 確定PLC 所需的I /O 點(diǎn)個(gè)數(shù) …………………………………8 2.2 用戶程序存儲(chǔ)器容量的選擇 ……………………………………8 2.3 PLC 型號(hào)的選擇……………………………………………………8

12、3.PLC 控制系統(tǒng)的工作原理 ……………………………………………9 3.1 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)………………………………………………9 3.2 機(jī)械手的動(dòng)作順序…………………………………………………9. 3.3 程序的編制…………………………………………………………10. 4.系統(tǒng)的氣動(dòng)原理 ………………………………………………………14 5.氣缸的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………15 5.1 氣缸設(shè)計(jì)……………………………………………………………16 5.2 活塞工作行程計(jì)算…………………………………………………16 6.手爪的設(shè)計(jì)………………

13、………………………………………………16 6.1 手爪幾何尺寸………………………………………………………16 6.2 手爪的受力分析……………………………………………………17 6.3 手指的夾持誤差與結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………17 6.4示例 …………………………………………………………………20 7.結(jié)束 ………………………………………………………………………21 8.答謝辭 ……………………………………………………………………21 9.參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………22 機(jī)械手設(shè)計(jì)及Inve

14、ntor運(yùn)動(dòng)仿真 摘要: 本課題為普通車床配套而設(shè)計(jì)的上料機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)料 要求輸送工件或進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁，單調(diào)的操縱，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫，深水，宇宙，放射性和有毒，污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性。有著廣闊的發(fā)展前途。 通過應(yīng)用Aut

15、oCAD技術(shù)對機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì),運(yùn)用Inventor技術(shù)對上料機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體造型,并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真,使其能將基本的運(yùn)動(dòng)更具體的展現(xiàn)在人們面前.它能實(shí)行自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng);在安裝工件時(shí),將工件送入卡盤的夾緊運(yùn)動(dòng)等.上料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定. 本課題論述了基于PLC 控制的氣動(dòng)機(jī)械手裝置的功能、結(jié)構(gòu)、原理及軟件設(shè)計(jì)。文中介紹了PLC的選擇,I /O 點(diǎn)分配，PLC 與器件的邏輯電路連接及系統(tǒng)的氣動(dòng)原理與工作原理等具體內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；AutoCAD；動(dòng)畫仿真；可編程控制器(PLC)；氣動(dòng)；控制系統(tǒng) Abstract: This topic f

16、orms a complete set the high-quality goods manipulator for the conventional lathe who designs. The industry manipulator is the industrial production inevitable product. It is one kind of imitation human body upper limb partial functions,Requests according to the expectation to transport the work pie

17、ce or to carry on the operation the automation technical equipment, to realizes the industrial production automation,The impetus industry further develops the vital role. Thus has the formidable vitality to receive the people widely to take with welcome. The practice proved,The industry manipulator

18、may replace the manpower the strenuous labor,Obviously reduces workers labor intensity,Improvement work condition, enhances the labor productivity and the automated level. In the industrial production appears frequently unwieldy work piece transporting and long-term frequent,Monotonous operation,Use

19、s the manipulator is effective. In addition,It can in the high temperature,Deep water,Universe,Radioactivity and virulent,Under the pollution environmental condition carries on the operation, demonstrates its superiority. Has the broad development future. This topic through carries on the structura

20、l design and the hydraulic transmission principle design using the AutoCAD technology to the manipulator, carries on the three dimensional entity modelling using the Inventor technology to the high-quality goods manipulator, and has carried on the movement simulation,Enables its a basic movement mor

21、e concrete development in front of the people. It can implement the automatic high-quality goods movement;When installs the work piece,Sends in the chuck the work piece the clamp movement and so on. The high-quality goods manipulators velocity of movement presses is satisfying the productivity the r

22、equest to establish. Key word: Manipulator;AutoCAD;Animation simulation;Programmable controller (PLC);Air operated;Control system 引言： 氣動(dòng)機(jī)械手具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、動(dòng)作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適于在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因而在沖壓加工、注塑、機(jī)床下料、儀表及輕工業(yè)等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動(dòng)必將由機(jī)器代替，這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 而且還可以大大提高生產(chǎn)效率。例如

23、：在我國的許多中小型汽車行業(yè)中，往往沖壓成形這一工序還需人工搬運(yùn)沉重的工件，即費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此我們研制了這一套氣動(dòng)機(jī)械手模擬裝置，該機(jī)械手除外形尺寸比實(shí)物小些外，其結(jié)構(gòu)，原理及功能與實(shí)際的機(jī)械手完全一致。 1.氣動(dòng)機(jī)械手的功能與結(jié)構(gòu) 該氣動(dòng)機(jī)械手主要有伸縮汽缸、升降汽缸、擺動(dòng)、機(jī)械手等功能。其操作目標(biāo)是將被加工工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右沖壓機(jī)床上，如圖所示。假設(shè)機(jī)械手原處于位置A 點(diǎn)（初始位），要把B 點(diǎn)處工件搬到C 點(diǎn)沖壓加工。該機(jī)械手的工作方式有單步手動(dòng)和連續(xù)自動(dòng)2種工作方式。在單步手動(dòng)工作方式下，每按一下START按鈕，機(jī)械手按程序執(zhí)行一步相應(yīng)動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上升、下降、前進(jìn)、

24、后退、右擺、左擺、抓料、放料8 種點(diǎn)動(dòng)操作。在連續(xù)自動(dòng)工作方式的狀態(tài)下機(jī)械手的順序?qū)崿F(xiàn)的動(dòng)作如圖1 示意圖所示：前進(jìn)→下降→抓料→上升→后退→右擺→前進(jìn)→下降→松料→上升→后退→左擺（回到初始位），機(jī)械手可反復(fù)不斷的進(jìn)行上述循環(huán)動(dòng)作。在連續(xù)循環(huán)動(dòng)作過程中，操作員可隨時(shí)按下STOP 按鈕，來終止機(jī)械手的操作運(yùn)行。 要實(shí)現(xiàn)上述所述的功能操作，該氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)應(yīng)包括PLC 控制部分和氣動(dòng)控制兩大部分。其主要組成元件有：PLC，傳感器，一個(gè)集成了4 個(gè)電控閥（其中3 個(gè)雙電控電磁閥和1 個(gè)單電控電磁閥）的緊湊型帶獨(dú)立插座的閥島及2 個(gè)氣缸(兩個(gè)滑塊氣缸,一個(gè)擺動(dòng)氣缸)，一個(gè)機(jī)械手，一個(gè)直流繼電器

25、和兩個(gè)具有10 個(gè)輸入、10 個(gè)輸出的I /O 接線端子等元件。 圖（1）機(jī)械手的三維效果圖 2. PLC 的選擇 2.1 確定PLC 所需的I /O 點(diǎn)個(gè)數(shù) 根據(jù)前述要求可知PLC 需要有以下輸入信號(hào)端：7個(gè)檢測機(jī)械手運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳感器信號(hào)，分別用來檢測機(jī)械手臂的伸縮極限、升降極限、擺臂擺動(dòng)極限和機(jī)械爪手狀態(tài)及1 個(gè)檢測吸料塊是否被放置到位的傳感器信號(hào)。另外根據(jù)系統(tǒng)控制的要求， 需要START（開始）和RESET （復(fù)位）2 個(gè)按鈕信號(hào)，1 個(gè)STOP（停止）按鈕信號(hào)及1 個(gè)直流繼電器的

26、信號(hào)，還需要1 個(gè)用來控制機(jī)械手運(yùn)行方式的AUTO/MAN（自動(dòng)/ 手動(dòng)）旋動(dòng)開關(guān)。 PLC 所需要的輸出信號(hào)端：用來驅(qū)動(dòng)2個(gè)氣缸及機(jī)械手的電磁閥需要7 個(gè)輸出信號(hào)，3 個(gè)用來顯示工作狀態(tài)的START，RESET，POSITION 信號(hào)指示燈，他們分別用來指示START，RESET 按鈕的閉合狀態(tài)和抓料塊是否被放置到位。 所以選用輸入點(diǎn)的個(gè)數(shù)≥13、輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)≥10的PLC。 2.2 用戶程序存儲(chǔ)器容量的選擇 由以上分析可知，本系統(tǒng)不需模擬量變換及存儲(chǔ)，只需要23 個(gè)開關(guān)量控制，因此可按以下公式估算：存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)≥開關(guān)量I /O 總數(shù)8=238=184 字。 2.3 PLC 型號(hào)的選

27、擇 根據(jù)以上分析，要選擇輸入點(diǎn)的個(gè)數(shù)≥13、輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)≥10，存貯器字?jǐn)?shù)≥184 的PLC。對PLC 的掃描速度及其它方面無特殊要求。選用S7-300（CPU315-2DP）型號(hào)的PLC 及2 個(gè)SM323 數(shù)字量I /O 模塊。它共有16個(gè)輸入、輸出點(diǎn)、隨機(jī)存儲(chǔ)器為48KB、計(jì)數(shù)器64 個(gè)、定時(shí)器128 個(gè)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、處理數(shù)據(jù)和通信能力強(qiáng)、功能指令豐富、并且具有PROFIBUS-DP,MPI通信接口，易于構(gòu)成現(xiàn)場總線系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制。I /O 接點(diǎn)的分配見表1，PLC 與器件的邏輯路線見圖2 3.PLC 控制系統(tǒng)的工作原理 該控制系統(tǒng)的工作原理如圖2，系統(tǒng)中的6

28、 個(gè)行程開關(guān),1 個(gè)真空傳感器，1 個(gè)檢測吸料塊是否到位的傳感器信號(hào)及控制面板上的5 個(gè)信號(hào)（START 按鈕,RESET 按鈕, POSITION 按鈕，STOP 按鈕，AUTO/MAN 旋動(dòng)開關(guān)）作為輸入信號(hào)由接線端子,再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線傳輸線送至PLC入口。處理器掃描輸入映像寄存器，根據(jù)程序的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，執(zhí)行結(jié)果寫入到輸出映像寄存器，然后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線及接線端子傳輸線傳送至閥島,換向閥。電磁鐵接通，打開對應(yīng)通路,驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)行。 氣缸 電磁閥 傳感器信號(hào) I/O接線端子 S7——300 操 作 臺(tái) 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線傳輸 圖（2）控制系統(tǒng)原理框圖

29、 操作面板安裝在控制室里， 24V 直流電源,S7 -300PLC,閥島,真空發(fā)生器,直流繼電器等均放置在電控箱里。直流繼電器的作用是當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，可立即切斷PLC 模塊的輸出電源從而切斷了整個(gè)輸出信號(hào)，使系統(tǒng)停止工作。本系統(tǒng)控制信號(hào)采用帶I /O 接線端子的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，不僅便于系統(tǒng)集中布線和檢修，而且還具有使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊和便于對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)。 3.1控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 采用STEP7 軟件進(jìn)行編程，該軟件功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)測試，在線編程、運(yùn)行診斷等多種功能，并且具有友好的用戶界面。它支持梯形圖（ LAD）， 功能塊圖(FBD)，語句表(STL) 等多種編輯語言，用

30、戶完全可以根據(jù)自己的愛好進(jìn)行選擇。我們選用梯形圖進(jìn)行編程，編程思路：在編程時(shí)我們首先應(yīng)考慮機(jī)械手的各個(gè)輸出狀態(tài)，然后把與每一個(gè)輸出動(dòng)作有關(guān)聯(lián)的各個(gè)輸入器件的狀態(tài)列出來，并且要考慮系統(tǒng)控制的具體要求，如當(dāng)按下STOP 按鈕可馬上停止動(dòng)作，按下RESET 按鈕可立即復(fù)位。另外為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行性，在編程時(shí)應(yīng)設(shè)置一些必要的聯(lián)鎖，例如上升與下降之間，機(jī)械手臂的伸出與回縮之間，以防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為ON。由于篇幅有限，這里僅提供了機(jī)械手伸臂動(dòng)作的程序：如圖5 所示Network 伸臂程序，機(jī)械手在一個(gè)周期的行程中有兩個(gè)伸臂動(dòng)作，分別是旋轉(zhuǎn)前和旋轉(zhuǎn)后，在這兩個(gè)狀態(tài)下我們分別考慮它們的輸出以及與

31、此輸出有關(guān)系各個(gè)輸入器件的狀態(tài)。在手動(dòng)的基礎(chǔ)上，我們只需要在前面加上一個(gè)Auto man 常閉觸點(diǎn)就成為了自動(dòng)程序，同時(shí)在程序中我們也加入了互鎖和自鎖程序。當(dāng)編好程序時(shí)， 用廠家專門提供的PC 適配器從計(jì)算機(jī)的RS-232 串行口下載程序到PLC 的MPI 接口。 3.2 機(jī)械手的動(dòng)作順序 氣動(dòng)機(jī)械手順序動(dòng)作示意圖 3.3 程序的編制 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工作循環(huán)包含l2個(gè)基本動(dòng)作。針對不同的情況，機(jī)械手的工作方式有多種選擇。因此在程序編制中必須充分考慮到各種工況和條件，以滿足不同的要求?，F(xiàn)將程序設(shè)計(jì)和編制過程中的幾個(gè)問題簡要地說明如下： a)程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)機(jī)械手的實(shí)際工

32、作情況，程序必須具有自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種基本工作模式；程序還必須提供回原點(diǎn)的功能；為了便于機(jī)械手動(dòng)作的單步調(diào)試，程序必須提供單步運(yùn)行的功能 b)手動(dòng)模式程序中要求撥動(dòng)哪個(gè)按鈕，一般來說機(jī)械手就作出相應(yīng)的動(dòng)作。但是，從保護(hù)設(shè)備和防止不必要的損傷出發(fā)，有些動(dòng)作是具有比較嚴(yán)格的聯(lián)鎖條件的。 c)I／0(輸入／輸出)點(diǎn)的分配表 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 復(fù)位鈕 I0.7 上升燈 Q4.2 上限位 I0.3 下降燈 Q4.3 下限位 I0.4 左移燈 Q4.0 左限位 I0.1 右移燈 Q4.1 右限位 I0.2 開始燈 Q

33、5.7 復(fù)位鈕 I0.6 夾緊燈 Q5.0 夾緊定時(shí) T0 松開定時(shí) T1 燈閃爍定時(shí) T2 T3 d)功能圖： e)順序控制程序： I0.6 -----------||----------- M30.1 M30.0 ---------------|/|-----------------( M30.0 ) -----------||----------- M30.0 I0.1 I0.2

34、 M30.2 -----||--------||---------||--------------------|/|---------------( M30.1 ) M30.1 ---------------||-------------- M29.1 I0.1 ----------||----------||--------- M30.1 I0.7 M30.3 ---------||-----------||-----------------

35、-------|/|---------------( M30.2 ) M30.2 ---------------||-------------- M30.2 I0.4 M30.4 ---------||-----------||------------------------|/|---------------( M30.3 ) M30.3 ---------------||-------------- M30.3 T0

36、 M30.5 ---------||-----------||------------------------|/|---------------( M30.4 ) M30.4 ---------------||-------------- M30.4 I0.3 M30.6 ---------||-----------||------------------------|/|---------------( M30.5 ) M30.5

37、 ---------------||-------------- M30.5 I0.2 M30.7 ---------||-----------||------------------------|/|---------------( M30.6) M30.6 ---------------||-------------- M30.6 I0.4 M29.0 ---------||-----------||------------------------|/

38、|---------------( M30.7 ) M30.7 ---------------||-------------- M30.7 T1 M29.1 ---------||-----------||------------------------|/|---------------( M29.0 ) M29.0 ---------------||-------------- M29.0 I0.3

39、 M30.1 ---------||-----------||------------------------|/|---------------( M29.1) M29.1 ---------------||-------------- 驅(qū)動(dòng)電路： T3 M30.1 T2 -----------------||-----------------||-------------------( SD ) T2

40、 T3 -----------------||----------------------------( SD ) T2 |-----------------||-------------------------------( Q5.7 ) M30.2 -----------||----------- M30.6 --------------------------------( Q4.3 ) -----------||----------- M30.3

41、 ---------------||---------------------------------( S ) Q5.0 M30.3 T0 ---------------||---------------------------------( SD ) M30.4 ---------------||-----------------------------------------( Q4.2 ) M30.0 -------

42、--------||-------------- M29.0 ----------------||--------------- M30.5 |---------------||-------------------------------( Q4.1 ) M30.7 ---------------||---------------------------------(R ) Q5.0 M30.7

43、 T1 ---------------||---------------------------------( SD ) M29.1 -----------||----------- M30.0 --------------------------------( Q4.0) -----------||----------- 4.系統(tǒng)的氣動(dòng)原理 如圖3 所示整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)就是要對擺 動(dòng)氣缸，伸縮氣缸和升降氣缸及一個(gè)真空吸盤的動(dòng)作進(jìn)行控制。真空系統(tǒng)的工作原理是利用氣體的噴射原理產(chǎn)生真空，壓縮

44、空氣經(jīng)真空發(fā)生器噴射口向消音器噴射，由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負(fù)壓腔內(nèi)的氣體，因而使與之相連的吸盤6 產(chǎn)生真空吸附作用吸起工件。7為可調(diào)壓力開關(guān)，可根據(jù)吸料的重量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，當(dāng)氣壓達(dá)到可調(diào)壓力開關(guān)設(shè)定值時(shí)，吸盤吸氣輸入信號(hào)為ON。氣源出來的氣體經(jīng)過二聯(lián)件8 處理后進(jìn)入到由1 個(gè)三位五通換向電磁閥和三個(gè)兩位五通換向電磁閥組成的 緊湊型帶獨(dú)立插座的閥島，然后經(jīng)可調(diào)單向節(jié)流閥5 來驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)行 5.氣缸的設(shè)計(jì) 5.1 氣缸設(shè)計(jì) 已知空氣工作壓力P=0.55～0.75 MPa，輸氣管外徑φD =414 min、壁厚 δ=6 min、管長L =6 m，安全系數(shù)n=2，活塞桿

45、直徑d／活塞直徑D =0.25，重力加速度g=9.81m／s，則輸氣管重量： 由于活塞桿拉力等于輸氣管重量，從機(jī)械手單臂受到輸泥管總重力、空氣工作壓力為Pmin時(shí)的極端(最不利)情況考慮，有 由式(1)得D = 132 mm， 因此d=0.25D =33 mm，取缸徑D=135 mm(選外徑為φ146的無縫鋼管作氣缸體的外徑)，活塞桿直徑d=35 mm。 5.2 活塞工作行程計(jì)算 機(jī)械手抱住輸氣管時(shí)，2個(gè)側(cè)氣缸12、14夾角為0。，即2個(gè)氣缸平行。圖2中A為側(cè)氣缸擺動(dòng)中心，B為缸外底棱角，設(shè)A距氣缸外底 式中 D1— 氣缸體外徑，Dl=146 mm d— 側(cè)氣

46、缸擺動(dòng)中心A處軸座外徑，d= 40 mm,A點(diǎn)距主氣缸13軸線的間距 式中— 機(jī)械手手掌鋼板、膠墊的厚度 計(jì)算結(jié)果表明：AB

47、和盧變化，當(dāng)角7=0o時(shí)為極限點(diǎn)(返回點(diǎn))，此時(shí)，若推塊2沿箭頭方向再移動(dòng)，手指反而松開。 若氣缸推力P已定，連桿3的推力N= ，當(dāng)γ→0時(shí)夾緊工件，若把機(jī)構(gòu)看成是完全剛性的，就會(huì)N→∞，相應(yīng)握力F→∞，考慮到機(jī)構(gòu)及工件受力后的彈性變形，N仍會(huì)非常巨大，這樣會(huì)造成機(jī)構(gòu)的損壞；當(dāng)7過大時(shí)，推力N會(huì)不足，故常取r=15~45。所以此手部結(jié)構(gòu)所能抓取的極限尺寸比的比值較小，以防止握力變化過大。上料時(shí)機(jī)械手夾取毛坯狀態(tài)如圖3所示，此位置氣缸從原始位置向前推進(jìn)了21mm,相應(yīng)r=30。氣缸退回原位時(shí)的位置為手爪所能夾取最大尺寸時(shí)的位置，用作圖法繪出，手爪所能夾取的最大尺寸為φ288mm，此時(shí)γ為423

48、6′44″ 。把氣缸行程定為40mm，用作圖法繪出，所能夾取的最小尺寸為φ242mm，此時(shí)γ為191455"。工件毛坯尺寸為φ288mm，車完后尺寸為φ252 mm，在此范圍內(nèi)。 6.2 手爪的受力分析 手爪的受力分析主要計(jì)算所需夾緊力F及氣缸驅(qū)動(dòng)力P的大小，從而確定氣缸的缸徑大小。如圖3所示，上料時(shí)夾緊毛坯所需力量最大。工件重力Q=300 N，摩擦系數(shù)f =0.1，N 為連桿推力，氣缸理論驅(qū)動(dòng)力P′，實(shí)際驅(qū)動(dòng)力P，F(xiàn)1為夾緊力，F(xiàn)l為摩擦力，則Fl=Ff。 則力平衡方程：∑Y=0 （1） 由于 F的反力F′=F，F(xiàn)l的反力F l=Fl=則以 l為支點(diǎn)的力矩平衡方程

49、 （2） 由(1)式得： 解(2)式得 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： 若氣源壓力為P=0．4 MPa 采用缸徑為 φ80 mm的氣缸，其驅(qū)動(dòng)力為 能滿足要求。 6.3 手指的夾持誤差與結(jié)構(gòu)尺寸 機(jī)械手能否準(zhǔn)確地夾持工件，將工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)部件的位置精度，而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。而手指的夾持誤差大小既與工件尺寸的變化范圍有關(guān)，同時(shí)又與手指的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。下面以v型手指夾持圓形棒料為例來進(jìn)行分析。 a)單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指 圖為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的結(jié)構(gòu)示意圖。其中點(diǎn)A為剛性聯(lián)結(jié)；支點(diǎn)D到V型槽頂點(diǎn)A

50、的距離為z，即手指長度，V型槽的夾角為2 ，v型槽的角平分線AC與 的夾角為 ，工件半徑為 。根據(jù)幾何關(guān)系，工件軸心位置C與支點(diǎn)0之問的距離 應(yīng)用余弦定理可求得： 可見，對于一定的機(jī)械手手指，工件軸心位置與工件半徑的關(guān)系滿足雙曲線方程，對應(yīng)曲線(其中一支) 如圖所示。 單支點(diǎn)手指結(jié)構(gòu)示意圖 X--R曲線 該曲線坐標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)手指的夾持位置是 OCA=90。，顯然，對于一定結(jié)構(gòu)尺寸的夾爪和夾持工件的尺寸范圍，根據(jù)雙曲線特點(diǎn)，對應(yīng)R。附近的曲線變化率較小，故在R= R。處附近對應(yīng)的夾持誤差最小，即當(dāng)根據(jù)給定的夾持工件的半徑范圍R=R1—R2 來確定手指各有關(guān)尺寸時(shí)，

51、若風(fēng)取為夾持工件的平均半徑，則對應(yīng)的夾持誤差最小，此時(shí)，在一定條件下，即當(dāng)v型槽夾角及手指長度給定時(shí)，則有： 對應(yīng)的夾持誤差計(jì)算如下： 取，以此來評價(jià)機(jī)械手夾恃誤差。如果忽略計(jì)算誤差，則可只計(jì)算 或△x任何一個(gè)即可。 上述這一設(shè)計(jì)計(jì)算稱為對稱曲線段設(shè)計(jì)或最小夾持誤差原則。顯然，對于各種不同尺寸的機(jī)械手手指，乓相應(yīng)的最小夾持誤差是不同的。分析結(jié)果表明，增大θ，α有利于進(jìn)一步減小夾持誤差。此外，對于一定 的機(jī)械手，能夾持工件的允許尺寸范圍是一定的，不難求得最大夾持尺寸為： 如果所要求夾持工件直徑范圍較大，設(shè)計(jì)出機(jī)械手雖然滿足精度要求，但有可能超出允許夾持尺寸范圍，不能可靠夾持

52、。例如當(dāng)2θ=140、f=1．8R。時(shí)，若R ≥3R1 ，就會(huì)超出允許范圍。實(shí)際應(yīng)用中，若2θ=120度，一般可取Z=(2～4)R0。 對于一定的V型槽手指，當(dāng)l／R。較大時(shí)，由于按對稱曲線段設(shè)計(jì)對應(yīng)的實(shí)際夾持空間范圍相對于并非對稱，小于 的允許夾持范圍比大于R。的允許夾持范圍要小，因此，有時(shí)可按非對稱曲線段設(shè)計(jì)，此時(shí)有： 鑒于上述分析，只考慮前者，故： 然而，這一情形很少被采用。 b)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指 對于雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指(如圖3所示)，工件軸心位置到兩支點(diǎn)連線的垂直距離為： 式中：s為垂直于 方向的兩支點(diǎn)間距離的一半，其他符號(hào)含義同前。式(12)同樣為雙

53、曲線方程，其雙曲線極值點(diǎn)坐標(biāo)為： 如果按對稱曲線段設(shè)計(jì)， 仍由式(5)確定，對應(yīng)有： 這種雙支點(diǎn)手指盡管仍具有最小的夾持誤差，但 比起有相同結(jié)構(gòu)尺寸的單支點(diǎn)手指易超出允許的夾持 范圍，換言之，它只適合于要求夾持范圍較小的情況， 而且要求s不是很大。為拓寬機(jī)械手的夾持應(yīng)用范 圍，一般按非對稱曲線段設(shè)計(jì)，此時(shí)α 為： 6.4 示例 某一單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指用于抓取棒料，棒料半徑為40 60mm，要求夾持允差為lmm，試確定手指各結(jié)構(gòu)尺寸。 為方便起見，取v型槽夾角2θ=140 ，L=1.8 =1.850=90mm，因此： 故夾持誤差滿足要求。根據(jù)式(

54、8)易驗(yàn)證夾持允許尺寸范圍也符合要求。 7.結(jié)束語 應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件，避免人身事故。在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)線上設(shè)置機(jī)械手還可以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍?？傊?，有效地應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)尤其是發(fā)展以大批量生產(chǎn)為主的軸承工業(yè)的必然趨勢。 該控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)相比，節(jié)省了大量的電氣元件，縮小了控制柜的體積。由于采用軟件編程，其動(dòng)作行程可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。該氣動(dòng)機(jī)械手經(jīng)安裝，調(diào)試，能夠在模擬生產(chǎn)線上良好運(yùn)行。此系統(tǒng)簡單可靠，安全性高，可重復(fù)性好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期要求。 8.答謝辭 值此論文完成之際，我要衷心的

55、感謝機(jī)電工程系的老師們，他們?yōu)槲覀兲峁┝藞鏊唾Y金，保證了設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。在這里我要重點(diǎn)感謝我們的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師——胡盤峰老師，他花費(fèi)了大量的業(yè)余時(shí)間來給予我們悉心的指導(dǎo)，當(dāng)我們在改造過程中遇到難題時(shí)，他和我們一起查資料，一起攻克難關(guān)。 同時(shí)感謝在論文撰寫過程中朋友給與我的無私幫助，感謝寢室好友在生活上對我的關(guān)心和照顧，感謝父母對我的精神支持，在此謹(jǐn)向他們表示最誠摯的謝意與感激！ 9.參考文獻(xiàn)： [1] 王承義．機(jī)械手及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981． [2]廖常處．PLC編程及應(yīng)用[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002． [3]SMC有限公司．現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)[M

56、]．北京，機(jī)械工業(yè)出版社．1998． [4] 黎樹明等．工程船液壓傳動(dòng)裝置．北京：人民交通出版社，1984 [5] 凌勇堅(jiān)．絞車氣動(dòng)剎車裝置的設(shè)計(jì)．機(jī)械，2002(4) [6] 許偉達(dá)，凌勇堅(jiān)．氣壓操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．液壓與氣動(dòng)，2003 (3) [7]林國重等．液壓傳動(dòng)與控制．北京：北京理工大學(xué)出版社．1986 [8]官忠范等．液壓傳動(dòng)系統(tǒng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 [9]膪啟賢主編 自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)．北京：輕工業(yè)出版社出版．1987 [10]黃錫凱,邦文緯主編 機(jī)械原理 北京：高等教育出版杜.1981 [11]棘灝主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊．北京：化工業(yè)出版社出版．1991

57、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評定表 一、指導(dǎo)教師評分表（總分為70分） 序 號(hào) 考 核 項(xiàng) 目 滿 分 評 分 1 工作態(tài)度與紀(jì)律 10 2 調(diào)研論證 10 3 外文翻譯 5 4 設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告文字質(zhì)量 10 5 技術(shù)水平與實(shí)際能力 15 6 基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)與成果價(jià)值 15 7 思想與方法創(chuàng)新 5 合計(jì) 70 指導(dǎo)教師綜合評語： 指導(dǎo)教師簽名：

58、 年 月 日 二、答辯小組評分表（總分為30分） 序 號(hào) 考 核 項(xiàng) 目 滿 分 評 分 1 技術(shù)水平與實(shí)際能力 5 2 基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)與成果價(jià)值 5 3 設(shè)計(jì)思想與實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新 5 4 設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告內(nèi)容的講述 5 5 回答問題的正確性 10 合計(jì) 30 答辯小組評價(jià)意見（建議等第）： 答辯小組組長教師簽名： 年 月 日 三、系答辯委員會(huì)審定表 1． 審定意見 2．審定成績（等第）_____ ___ 系主任簽字： 年 月 日 上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)及Inventor運(yùn)動(dòng)仿真 機(jī)電工程系機(jī)電075 趙凱 Page 23 of 23