《立式?jīng)_床吸盤式上下料機械手設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《立式?jīng)_床吸盤式上下料機械手設(shè)計（33頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、立式?jīng)_床吸盤式 上下料機械手設(shè)計 姓 名 袁慶 專業(yè)班級 機械電子工程 學(xué) 號 0351169234 指導(dǎo)教師胡均安 日 期200 6 年 6 月 1 日 工程技術(shù)學(xué)院制 摘要： 該立式機床吸盤式上下料機械手用于立式機床自動生產(chǎn)線的上下料裝置專用機械手，完成工件從機械手工位到機床工作臺的位置轉(zhuǎn)換，其全部動作既可以自動完成，也可以單步手動控制完成，此機械手由手臂伸縮機構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，中間座部機構(gòu)，底座等部分組成，有三個自由度來滿足生產(chǎn)要，既手臂伸縮運動，手臂水平回轉(zhuǎn)及手臂升降運動。能夠在較大范圍內(nèi)移動工件的同時，隨意改變手爪位置和方

2、向。其運動均采用液壓方式驅(qū)動，其電氣控制采用PLC進行控制，將全部工作按順序用PLC編制控制電路，控制電路分為兩部分：自動順序控制和單步點控制，為保證機械手的每一個動作位置的精確度，每一步動作的行程末尾采用擋塊定位，進一步提高機械手的自動控制能力和位置精度，以進一步提高生產(chǎn)線的效率和工作質(zhì)量。此機械手在滿足定位精度和工作效率教高的前提下，盡量使其動作簡單，易于控制。 關(guān)鍵詞 機械手，PLC，CAD， [Abstract]:Themanipulatorrefinedlyforgesthemachinetodecendvoluntarilyto expectisusedrefinedlyfo

3、rgesthemachinehandspecialofthenextmaterialdeviceof automaticproductionline,accomplishesthemechanicalhandworkthattheworkpiece fromtherefinedmechanicforgingdoestochangesthepositionmoves,notonlyhis completelymovescanaccomplishvoluntarily,butalsocansinglestephandmoving controlaccomplish.Thismanipulatori

4、ncludesthathandpaw,trickandarmstretch outanddrawbackpartssuchasorganization,armrevolutionorganization,apartof centre,revolutionoiljarandbaseetc,therearefourdegreesoffreedomtocometo satisfytheproductionrequirement,and namely the arm up and down ,trick revolution ,arm standard revolution and its stret

5、ching,He canchangehandpaw positionandthedirectioninthebiggerscopeatwill.Hismovesalltousethe hydraulicoilsystem,andthecontrolofhydraulicpressessystemusesPLCtocontrol, and incites to action completely to move according to the sequence with PLC’s establishmentcontrolcircuit,andthecontrolcir

6、cuitisdividedintotwoparts:Control are put in automaticsequence control and singlestep.Inorder to pledge every one-stepofmanipulatormovestheprecision ofposition,andusesmachinerytobe diedandkeepsoffafixedpositionlocationatthestrokeendofeveryone-stepaction, andraisesautomaticcontrolabilityandthepositio

7、nprecisionofmanipulatorfurther, inordertoraiseefficiencyandtheworkoftheproductionlinequantityfurther.This manipulator moves the unity, and the machinerymovessimply,thustheprecisionand work efficiency is high. [keyword]:manipulator , CAD(computer aided design), PLC.(programmable logic controller).

8、 目 錄 1．概述…………………………………………………………………1 1．1工業(yè)機械手概述……………………………………… 1．1．1工業(yè)機器手在生產(chǎn)中的應(yīng)用……………………………………5 1．1．2工業(yè)機器手的分類……………………………………………… 7 1．1．3工業(yè)機械手的組成………………………………………………8 1．1．3工業(yè)機械手的發(fā)展方向…………………………………………9 1．1．3工業(yè)機械手的總體設(shè)計原則……………………………………10 1．2立式機床上下了機械手中體設(shè)計方案的確定……………………………15 1．2．1用途及結(jié)構(gòu)組成…………………

9、………………………………15 1．2．2立式?jīng)_床上下料機械手的規(guī)格參數(shù)……………………………16 1．2．3機械手總體坐標(biāo)形式的選擇……………………………………16 1．2．4主要部件機構(gòu)方案的選擇………………………………………17 2．內(nèi)容……………………………………………………………………… 12 3．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算………………………………………………………22 3．1．1手臂和機身的設(shè)計………………………………………… 22 3．1．2手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計……………………………………… 26 3．1．2手臂升降機構(gòu)的設(shè)計計算……………………………………

10、29 4．2 驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計………………………………………………………30 4．2．1驅(qū)動系統(tǒng)的選擇……………………………………………30 4．2．2步進電機傳動系統(tǒng)傳動方案設(shè)計………………………… 32 4．2．3機械手系統(tǒng)設(shè)計與分析……………………………………33 4．3 電控制系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………33 4．3．1電控方式的選擇……………………………………………35 4．3．2電控原理……………………………………………… 30 4．3．3電控設(shè)計………………………

11、………………………………36 3附錄………………………………………………………37 第一部分 工業(yè)機械手概述 工業(yè)機械手又稱通用自動機械手，是一種可編程序的自動機械手，它是在五十年代末出現(xiàn)，近年來迅速發(fā)展起來的重要的自動化裝置，是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段，目前，在各個生產(chǎn)領(lǐng)域，為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，都采用了各種不同形式，不同功能的機械手，由于機械手的出現(xiàn)，在許多生產(chǎn)工藝中都代替了人工，使工業(yè)自動化有了較大發(fā)展，這不僅大大的提高了勞動生產(chǎn)率，改善了勞動條件，減輕了工人勞動強度，而且使成批生產(chǎn)有了質(zhì)量技術(shù)保證，就因為如此，機械手的設(shè)計開發(fā)成了目前工業(yè)技術(shù)的重要課題。

12、一，工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 機械手在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用于機加工，鍛壓，鑄造，沖壓，焊接，裝配，噴漆，熱處理。等各個行業(yè)，特別是在笨重，高溫，有毒，危險，放射性，多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于有顯著的優(yōu)點而備受重視，以下就幾種重要機械手作簡單介紹。 1.機加工自動機械手 各類半自動車床，有自動夾緊，進刀，切削，退刀和松開的功能，但仍需要人工上下料，裝上機械手可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)，一人可看管多臺機床，目前，機械手在這個方面的應(yīng)用最多，由于這方面使用已有成熟經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類機床產(chǎn)品出廠時就附上機械手，或為用戶自行安裝機械手提供條件。 國內(nèi)在金屬切削加工中，用機械手來完成刀具

13、的自動更新。如：北京第二機床廠，上海第二機床廠等單位研制的加工中心，均采用機械手自動更換刀具，自動線上可用機械手完成傳遞和上下料了，如：無錫柴油機廠和甘肅汽車齒輪廠加工自動線動采用了機械手。 另外，機械手還能代替人工進行打磨，拋光，去毛刺和清理切削等工作。 2.鍛壓機械手 在鍛造方面，機械手一般用做加熱爐，鍛壓機床或沖床的上下料和工件的傳送，其中包括多工位沖床的中間傳送。如：天津第二鍛造廠研究了JS01通用機械手用于精鍛機上下料。 3.鑄造機械手 工業(yè)機械手應(yīng)用較多的實在鍛壓和熔模鑄造中，也用于澆鑄，造型，制芯及清理工作。美國Dochlcn-jarvis工廠是使用工業(yè)機械手最多的，約

14、12萬臺，用于壓型中取出鑄件，然后用噴氣法清洗鑄件表面，該廠使用機械手后鑄件質(zhì)量得到了改進，質(zhì)量穩(wěn)定。 4.焊接機械手 焊接機械手也是應(yīng)用較多的，這種機械手可分為點焊接機械手和弧焊接機械手。對于點焊接機械手，起手臂能伸縮，俯仰，回轉(zhuǎn)，手腕能彎曲，轉(zhuǎn)動，扭轉(zhuǎn)。定位精度±1毫米。機械手手臂的端部有一只點焊鉗，焊接變壓器裝在機械手本體上。至于弧焊接機械手，它的焊炬是作復(fù)雜三維曲線運動調(diào)節(jié)焊接范圍的功能。 5.裝配機械手 工業(yè)機械手在裝配中的應(yīng)用，是近幾年國內(nèi)外研究和發(fā)展的一個重要方面。特別是在汽車制造業(yè)的裝配自動化和彈藥裝配等危險作業(yè)上使用有很大的價值。目前裝配機械手正由串聯(lián)結(jié)構(gòu)想并聯(lián)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)

15、換。 二，工業(yè)機械手的分類 目前，我國工業(yè)機械手尚無較為統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，一般可按機械手的規(guī)格功能或用途來分類。 1. 若按照規(guī)格既所搬運工件的重量來分類，可分為以下幾類： 1） 微型機械手——指搬運重量在1Kg以下。 2） 小型機械手——指搬運重量在10 Kg以下。 3） 中型機械手——指搬運重量在50 Kg以下。 4） 大型機械手——指搬運重量在500Kg以上。 2. 按功能分類 1）.簡易型工業(yè)機械手 它可分為固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋快轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控制來給定程序。近年來普遍采用可編程控制器（PLC）組成控制系統(tǒng)，這種機械手多為氣

16、動或者液壓動力，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，改變程序教容易。目前這種工業(yè)機械手應(yīng)用最多。 2）記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手由人工通過示教裝置領(lǐng)動一遍，由記憶元件把程序記錄下來，以后機械手就自動按照記憶的程序重復(fù)進行循環(huán)動作。 3）計算機數(shù)字控制的機械手 可通過更換孔帶或者其他記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機械手的動作程序，還可以進行多機控制。 4）智能工業(yè)機械手（機器人）有電子計算機通過各種傳感元件等進行控制，具有視覺，熱覺，觸覺，行走機構(gòu)等。 3.按用途分類 1）專用機械手 這種機械手的工作對象不變，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，適用于成批，大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上下料用，

17、2）通用機械手具有獨立的控制系統(tǒng)，程序可變.動作靈活多樣的機械手，該機械手工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于經(jīng)常變換的中，小批量自動化生產(chǎn)。 三.工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu).驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。 執(zhí)行機構(gòu)由抓取部分既吸盤，臂部，和行走機構(gòu)等機構(gòu)部件組成。對于驅(qū)動系統(tǒng)，一般有氣動，液動，電動和機械式四種形式。目前常用的是氣動和液動驅(qū)動方式，電動式用于小型，機械式只適用于動作簡單的場合?？刂葡到y(tǒng)有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)使用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制.微型計算機數(shù)字控制。 四.工業(yè)機械手的發(fā)展方向 世界各國都很重視工業(yè)機械手的

18、應(yīng)用和發(fā)展，機械手的應(yīng)用在我過還屬于起步階段，就顯示出了許多的無法替代的優(yōu)點，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，對工業(yè)機械手在我國的發(fā)展，應(yīng)做好以下工作： 1.改變目前多用于冷加工的狀況，針對笨重，高溫，有毒，危險，放射性，高粉塵，易燃易爆，單調(diào)惡劣勞動環(huán)境，有計劃有步驟的推廣應(yīng)用機械手。 2.改變目前串聯(lián)結(jié)構(gòu)的裝配機械手，向串----并結(jié)合的方向發(fā)展。 3.加強機械手基礎(chǔ)性能的實驗以及基礎(chǔ)理論研究，克服和解決制造技術(shù)及其他存在的問題。 4.提高機械手的運動速度。尤其是應(yīng)用于沖壓行業(yè)中的機械手，以適應(yīng)提高生產(chǎn)率和符合生產(chǎn)節(jié)拍的需要，要研究解決機械手的定位，緩沖技術(shù)。 5.盡快解決機械手的定型設(shè)計

19、，定點，定量生產(chǎn)以及配套件的生產(chǎn)和供應(yīng)問題，推進機械手設(shè)計制造中的餓現(xiàn)代化，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化工作，以滿足國內(nèi)外市場的需求。 6.具有感知能力，并能對感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機械手是今后研發(fā)方向。會持續(xù)增長，只要技術(shù)和價格方面存在問題得到解決，機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。 五.工業(yè)機械手的總體設(shè)計原則 工業(yè)機械手的總體設(shè)計任務(wù)主要是進行機械手的運動設(shè)計，確定主要工作參數(shù)，選擇驅(qū)動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，整機結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后繪出方案草圖。總體設(shè)計之后要進行各部件的詳細(xì)設(shè)計和計算，包括主要構(gòu)件強度，剛度，驅(qū)動力等的校核驗算。 1、 運動設(shè)計及主要參數(shù)確定 1）、運動設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，它包括選用機械

20、手的運動形式和確定自由度數(shù)，通過機械手為了滿足不同生產(chǎn)線上的要求，通常是4—6個自由度。專用機械一般只用2—3個自由度就能滿足特定的工藝要求。專用機械手的運動設(shè)計應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件選擇最合理的運動形式，最少的自由度數(shù)，達到機械 構(gòu)最簡單。 機械手的運動取決于生產(chǎn)工藝、主機與料道空間位置和工件在料道上的方向。從目前的各種資料來看、專用機械手的運動設(shè)計要采用多種方案進行比較的方法，對自由度、運動路程的長短、定位點數(shù)目等要求進行全面的分析。自由度數(shù)少、運動路程短、定位點少，可使機械 構(gòu)簡單，運動速度低。容易使機械手運動穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確。 機械手常見的運動形式為直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)（如圖所示）、球

21、坐標(biāo)和關(guān)節(jié)式坐標(biāo)四種。同一運動形式，為了適用于不同的生產(chǎn)要求可采用不同的結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo) 2）、確定主要參數(shù) a 、最大工作范圍 根據(jù)選定的運動形式，按需要決定每個自由度的最大行程，根據(jù)行程既可繪出機械手最大的工作范圍。機械手自由度的最大行程就是部件設(shè)計時的行程。有時為了安裝調(diào)整方便，設(shè)計時將數(shù)值略為增大，然后依靠定位擋快調(diào)整其準(zhǔn)確的定位點。 b 、運動速度 行程確定之后，根據(jù)給定的工作節(jié)拍分配每個動作的時間，總的動作時間應(yīng)小于或等于工作節(jié)拍。如果兩個動作同時進行，按時間較長的計算。根據(jù)動作時間和行程既可計算運動速度。分配個動作應(yīng)考慮以下要求： 動作給定時間應(yīng)大于電氣元件執(zhí)行時間

22、。 通常機械手回轉(zhuǎn)運動慣性大于伸縮運動，因此時間分配上要使回轉(zhuǎn)運動的線速度小于伸縮運動的速度。 在工作節(jié)拍短，動作多的情況下，常采用幾個動作同時進行。為此驅(qū)動系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，保證動作同步。 c 、定位精度 定位精度取決于手臂的剛度，緩沖裝置的形成和定位方法。機械手達到所要求的精度有困難時，通常采用輔助工夾具協(xié)助定位的方法。利用工夾具的動作，實現(xiàn)工件的最后定位。這種方法既保證工藝要求又可降低多機械手的定位要求 2.驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 機械手驅(qū)動系統(tǒng)有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動和機械聯(lián)動四種。一臺機械手可以用一種方式驅(qū)動，也可以用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動。 3、電器控制系統(tǒng)的選擇 機械手點控

23、系統(tǒng)有各種類型，除了通用機械手外，絕大多數(shù)要專門進行電控系統(tǒng)的設(shè)計。工業(yè)機械手的電器控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它指揮機械手的動作，并協(xié)調(diào)機械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。機械手的工作順序，應(yīng)達到的位置，如手臂上下移動、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動等都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運動部件沿各坐標(biāo)軸的動作按照預(yù)先制定好的程序來實現(xiàn)的。對于工業(yè)機械手來說，電氣控制的檢測機構(gòu)有較重要的作用。檢測是為進行比較和判斷提供依據(jù)，是操作和控制的基礎(chǔ)。常用的位置檢測元件有。 1） 行程開關(guān) 這種開關(guān)有稱限位開關(guān)，主要用于將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，控制?qū)動電動機的運行狀態(tài)，或控制有關(guān)電磁閥動作，從而實現(xiàn)機械手的定位或進行行程控制

24、。行程開關(guān)由微型開關(guān)、操作機構(gòu)及外殼組成，通常是將他們與固定式或可調(diào)式擋快配合使用，利用裝在機械手不見上的擋快，觸動操作機構(gòu)，使微型開關(guān)觸頭閉合或斷開。 2） 接近開關(guān) 這種開關(guān)主要利用接近體與檢測線圈間的電磁感應(yīng)作用來檢測位置，是一種無觸點行程開關(guān)。 3） 電位器 電位器的結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，可測直線和角度位移，使用方便，價格低。起缺點是分辨率不高，放大器和執(zhí)行機構(gòu)有一定的死區(qū)，因而控制精度不高。 4、總體設(shè)計中的幾個問題 1）、結(jié)構(gòu)布置上的要求 機械手工作中運動速度較高，在結(jié)構(gòu)布置上應(yīng)保證運動平穩(wěn)，這樣可提高機械手的使用的可靠性，并可延長壽命，在結(jié)構(gòu)布置上要注意以下幾點：

25、 a 、手臂要防止偏重 在設(shè)計手臂，手腕結(jié)構(gòu)時要盡量使其重心在支撐中心，防止對支撐中心的偏重。手臂偏重會引起導(dǎo)向裝置不均勻的磨損，運動中心會引起機械手震動，嚴(yán)重時回造成運動卡死。通常采用以下措施： b 、減輕手部的重量，減少偏重載荷?？刹捎娩X合金制造手部。 c 、合理分布手部重量增加平衡重，使手臂平衡。 d 、某些機械手的結(jié)構(gòu)上無法避免偏重，則應(yīng)加強導(dǎo)向支撐，盡力減低偏重對運動的影響。 2）、加強手臂剛度 選取手臂結(jié)構(gòu)時要注意各個方向的剛度。提高手臂剛度是減少手部顫動的關(guān)鍵，有利于提高定位精度。手部的剛度決定其斷面的形狀和導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)。 3）、改進緩沖裝置的提高配合精度 機械

26、手緩沖專職是保證運動平穩(wěn)和減少震動的主要措施。沖擊產(chǎn)生有兩種：一是機械沖擊，它是由手臂運動中與定位裝置相碰撞而產(chǎn)生的，可靠緩沖裝置消除。另一種是液壓系統(tǒng)動作是產(chǎn)生的沖擊。這種沖擊產(chǎn)生于管路中，仍會引起機械手振動，要靠改進液壓需要的設(shè)計來解決。 提高部件的配合精度，減少間隙都有利于運動的平穩(wěn)。特別是高速運動的機械手更要保證加工精度和間隙配合。 機械手的緊固件在運動中受變載荷的作用，必須采取防松措施。 5、工藝要求 機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計除了決定于運動外，還決定于工藝要求，工藝要求分為兩類： 1）、使用環(huán)境的影響，如高溫工作，海底作業(yè)，原子能作業(yè)等。機械手結(jié)構(gòu)要符合特殊的環(huán)境的要求。 2）、

27、主機和輔助設(shè)備工作特點的影響，如制造要求機械手抗震。沖壓要求高速，多品種產(chǎn)生要求手部通用或能夠快換等，因此必須充分研究工藝對機構(gòu)的影響。 6、液壓執(zhí)行元件的選擇 液壓機械手起執(zhí)行元件多用活塞油缸，擺動油缸及液壓馬達。每種執(zhí)行元件可以直接或間接與輸出軸聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)機械手的動作。各元件的特點如下： 1）、活塞油缸 活塞油缸加工容易，密封簡單，啟動反映快，易于制動。因此除了做直線運動的執(zhí)行元件外，常經(jīng)過齒條，齒輪等機構(gòu)實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動。太長的活塞油缸加工困難。 2）、擺動油缸 擺動油缸加工困難，密封要求高，容易產(chǎn)生泄露。擺動油缸尺寸小，重量輕，有利于簡化機械手結(jié)構(gòu)，常用于手腕回轉(zhuǎn)和中

28、小型機械手手臂的回轉(zhuǎn)。 3）、液壓馬達 油馬達成本較高。使用時，需油量不大而且穩(wěn)定。泄露雖然較大，但一般在降速狀態(tài)下使用，因此輸出扭矩比較穩(wěn)定。采用油馬達傳動的機械手結(jié)構(gòu)簡單特別適用于較大回轉(zhuǎn)角的往復(fù)運動，有利于降低整機重量。 7.油管布置 油路布置是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要問題，機械手常用油路為油管、氣管、水管以及電氣線路。管路布置的基本要求是：牢固、整齊、便于維修。機械手常采用內(nèi)外走管相結(jié)合的走管形式。一般情況下，內(nèi)部走管多利用缸臂和活塞桿鉆孔通油，在導(dǎo)向桿內(nèi)安裝伸縮管通油，在立柱中鉆孔安裝配油盤等。外部走管常采用活動軟管通油，此種油管通油比較方便，軟管還能吸收液壓沖擊能。起缺點是容易碰

29、斷和纏繞，要采取防護措施。 一般來說手部和腕部采用內(nèi)部走管便于手臂運動，而手臂和機身采用軟管連接為好。 第二部分 立式機床吸盤式上下料機械手總體設(shè)計方案的確定 一、 用途及結(jié)構(gòu)組成 該立式機床吸盤式上下料機械手的作用是將工件搬運到機床上鍛造后去下并送到下一道工序中。此機械手主要由吸盤，手臂伸縮機構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，手臂升降機構(gòu)，中間座部件，底部等幾大部分和其他一些附件所組成。 二、 立式機床吸盤式上下料機械手的規(guī)格參數(shù) 抓重： 10Kg 自由度數(shù)： 3個 坐標(biāo)形式：

30、 圓柱坐標(biāo) 最大工作半徑： 1000mm 手臂伸縮范圍： 0~500mm 手臂伸縮速度： 伸出170mm/s 縮回133mm/s 手臂回轉(zhuǎn)范圍： 0°~200°(實際使用95°) 手臂回轉(zhuǎn)速度： 63°/s 三、 機械手總體坐標(biāo)形式的選擇 根據(jù)人工電葫蘆吊料裝置的上下料動作類似于直角坐標(biāo)形式?？紤]到圓柱坐標(biāo)形式占地面積而動作范圍大的 特點，確定圓柱坐標(biāo)形式。 圓柱坐標(biāo)形式 四、 主

31、要部件機構(gòu)方案選擇 1、手部結(jié)構(gòu)的選擇方案 手部是用來直接接觸工件的部件，由于被握持工件的形狀、大小、尺寸、重量、材料性能、表面狀況等不同，其手部結(jié)構(gòu)也不同。常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持式和吸附式兩大類，對于夾持類手部按其手指夾持工件時運動方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移型兩種。如圖： 1）單支點回轉(zhuǎn)型 2）雙支點回轉(zhuǎn)型 3）平移型手指 方案一 平移型手指 對于平移型手指，其手指的張開閉合靠手指的平行移動，適合夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓直徑棒時，不會一起中心位置的偏移。但這種手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，要求加工精良度高。 方案二 回轉(zhuǎn)型手指 回

32、轉(zhuǎn)型手指的張開閉合靠手指根部的回轉(zhuǎn)運動來完成。這種手指結(jié)構(gòu)簡單，形狀小巧，使用于夾持棒料，目前應(yīng)用較廣泛。一般典型的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)有滑槽杠桿和楔型塊式等 吸附式手部可分為磁力吸盤、真空式吸盤： 真空式吸盤根據(jù)真空產(chǎn)生的原理可以分為三種： 1）、真空式吸盤；這種吸盤比其他吸盤的吸力大， 2）、氣流負(fù)壓吸盤；在工廠一般有空壓機，氣源比較容易解決，不需要專門給機器配備真空泵，所以這種吸盤在工廠使用比較方便； 3）、擠氣負(fù)壓吸盤；這種吸盤比較經(jīng)濟，可靠性相對比較低。 由于本設(shè)計是在工廠使用的機床上下料機械手，因此選用比較合適的第二種吸盤方式。 2.臂部機構(gòu)的選擇方式 手臂部件是機械手的主要握

33、持部件，它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們做空間運動。臂部運動的目的是把手部空間運動范圍內(nèi)的任意一點。如果改變手部姿態(tài)，則用腕部加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的 伸縮，左右回轉(zhuǎn)和 升降運動。 對于臂部應(yīng)承載的 伸縮能力大、剛度好。自重輕、慣性小、動作靈活，為此為了減少臂部重量，一般采用鋁合金等輕質(zhì)、高強度的材料。 1）、手臂伸縮機構(gòu)的方案選擇 對于手臂的伸縮機構(gòu)又以下幾種方案可供選擇： 方案一 雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿均受拉壓，故受力簡單，傳動平穩(wěn)。 方案二 雙層液壓缸空心活

34、塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)特點是工作液壓缸容積小、運動速度快、伸縮范圍大、缸內(nèi)走管。外形整齊、活塞桿直徑大，增加手臂剛性。 方案三 滑枕導(dǎo)向伸縮機構(gòu)，該機構(gòu)導(dǎo)向裝置采用燕尾形滑枕，其導(dǎo)向性性能非常好，手臂剛度較大、工作時運動平穩(wěn)，油管采用伸縮油管形式，很好的保護了油管。此外，此機構(gòu)的定位精度高。 由于此機械手抓重較大，屬于中型機械手，考慮到滑枕導(dǎo)軌剛度大且運動平穩(wěn)，選用方案三較適合。 2）、手臂升降機構(gòu)方案的選擇 一般情況下，手臂升降機構(gòu)可采用的結(jié)構(gòu)方案有： 方案一 雙作用式油缸實現(xiàn)升降運動，同單作用式油缸相比，這種油缸的應(yīng)用廣泛的多，壓力油可代替向活塞兩側(cè)供給，驅(qū)動活塞做往復(fù)運動。其

35、推拉兩個方向上的運動速度和供油壓力可以控制，這樣一來，其定位精度較高。 方案二 采用花鍵導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點式內(nèi)部導(dǎo)向，活塞桿直徑大，剛度大，傳動平穩(wěn)。 為了提高機械手的定位精度，選用雙作用式油缸實現(xiàn)升降運動的機構(gòu) 3）、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)的選擇 手臂回轉(zhuǎn)通常由機身部件來實現(xiàn)，常用的有以下幾種典型回轉(zhuǎn)機構(gòu)組合有回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之下的機身結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)、活塞缸和齒輪結(jié)構(gòu)。由于前兩種結(jié)構(gòu)所采用的花鍵軸承受扭矩大且剛性差，故擬采用活塞缸和齒輪結(jié)構(gòu)。 五、驅(qū)動系統(tǒng)的方案選擇 工業(yè)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據(jù)需要也可以由這三種基本類型組

36、合完成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。 方按一 液壓驅(qū)動系統(tǒng) 由于液壓技術(shù)式一種比較成熟的技術(shù)，它具有動力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點，適用與承載能力大、慣量大以及在防暴環(huán)境中工作的機械手。 方按二 氣動驅(qū)動系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、價格低等特點，適用于中、小負(fù)載的系統(tǒng)中。但難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機械手中。 方案三 電動驅(qū)動系統(tǒng) 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機及配套的伺服驅(qū)動器的 廣泛使用，這類驅(qū)動系統(tǒng)也應(yīng)用較多。 考慮本機械手的實際使用情況，因此宜選用步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)。 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大

37、要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 1、步距角的選擇 電機的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。 2、靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要

38、考慮慣性負(fù)載，恒速運行進只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 綜上所述選擇電機一般應(yīng)遵循以下步驟： 第三部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 一、 臂部和機身的設(shè)計 1、臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計 臂部結(jié)構(gòu)應(yīng)具有承載能力大，剛度好和自重輕的特點，另外其位置精度要求高。本機械手手臂運動形式有手臂伸縮和升降的直線運動，有手臂左右擺動的回轉(zhuǎn)運動。 1）、手臂伸縮機構(gòu) 該機構(gòu)主要由步進電機、中

39、間架體、滑枕、等組成，中間架體的底部和中間座聯(lián)接，手臂右端出口處手腕和機械手抓手步進電動機部分聯(lián)接，當(dāng)手臂伸縮步進電動機輸出動力后連動鏈條帶動滑枕上的定滑輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪連動滑枕做前后運動實現(xiàn)手臂往復(fù)運動，其行程大小靠擋塊和行程開關(guān)來調(diào)整，伸出端在可調(diào)式定位螺釘上，確保定位精度，手臂伸縮導(dǎo)向裝置采用燕層形滑枕，導(dǎo)向性能好，手臂剛度大，工作時運動平穩(wěn)。 2）、臂部回轉(zhuǎn)機構(gòu) 考慮到在常用的機械傳動中，以齒輪的效率最高（一級圓柱齒輪傳動下率可達99％）在同樣的使用條件下，齒輪結(jié)構(gòu)最緊湊，另外是齒輪傳動工作可靠，壽命長，且其傳動比穩(wěn)定等因素，本機構(gòu)擬采用步進電機及圓柱齒輪和手臂底等組成的行星輪系來

40、實現(xiàn)。 當(dāng)回步進電機轉(zhuǎn)動時，帶動輸出軸和行星齒輪自轉(zhuǎn)，由于行星齒輪與相對固定中心輪億齒合迫使行星輪產(chǎn)生一個公轉(zhuǎn)運動，從而帶動手臂繞軸線回轉(zhuǎn)，而為手臂的回轉(zhuǎn)運動，手臂實現(xiàn)回轉(zhuǎn)角度為180°，步進電機在機件外部，因而安裝維修方便，該步進電機還能起到部分的平衡作用。 2、步進電機的設(shè)計計算 由于反應(yīng)式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進電機原理。 1、結(jié)構(gòu)： ?????電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。 0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3

41、向右錯開2/3て，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖： 2、旋轉(zhuǎn)： ???????如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 ????? 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應(yīng)與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3て，此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て，此時齒4與A偏移為1/3て對齊。 　 ?如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て ???? 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即

42、齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉(zhuǎn)。 ???? 由此可見：電機的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 ???? 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機細(xì)分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 ??? 不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏

43、移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。?? 3、力矩： ???? 電機一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量Ф）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力 F與（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br為磁密，S為導(dǎo)磁面積 F與L*D*Br成正比 L為鐵芯有效長度，D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。 力矩=力*半徑 力矩與電機有效體積*安匝數(shù)

44、*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)） 因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。 二、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 1）、手臂回轉(zhuǎn)時所需的啟動力矩 驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)力矩M驅(qū)，應(yīng)當(dāng)與手臂啟動所產(chǎn)生的慣性力矩M慣及個密封裝置的摩擦阻力矩M封相平衡。 M驅(qū)=M慣+M封 式中：M封——密封裝置處的摩擦力矩（N×m），一般取M封=0.1M驅(qū) M慣=JOVε=JO△W/△t △W——回轉(zhuǎn)的角速度變換 △t——啟動過程 JO——手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，為了計算需要將手臂等效為一個圓柱體，其等效高1000mm，直徑240mm，其所受重力為2000N。 JO

45、=1/12×2000/10×（12+3×0.122） =17.48Nms2 △W=60/80×3.14=1.099rad/s 取響應(yīng)時間 △t=0.47s 代入： M慣=17.48×1.099/0.47=40.9Nm M驅(qū)=0.1 M驅(qū)+17.48+40.9 =64.87Nm 2、手臂回轉(zhuǎn)輪齒輪設(shè)計 選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）齒輪傳動就裝置類型來說，有開式，半開式和封閉式之分；開式傳動齒輪適用于低速傳動，由于本機械手的回轉(zhuǎn)速度很低，故可采用開式直齒圓柱齒輪，為減輕重量，采用腹板式。 2

46、）機械手為一般共況下的工作機器，速度不高，故選用7級精度即可。 3）材料的選擇 一般對齒輪尺寸較大，工作速度較低、周圍環(huán)境粉塵含量極高的工作狀況下，往往選擇鑄鋼和鑄鐵等材料，其耐磨性及強度都較好。 4）選擇齒輪齒數(shù) 對于齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不至于過少，故不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取Z=17~20這里取Z=20 按齒面接觸強度計算 由于設(shè)計計算公式進行計算 d1≥2.323√（K1T1/Фd）[（u+1）/u]（ZE/[бH]2 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值： 1）選載荷系數(shù)K=1.3 2）計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 選取電機功率P=7.5KW n=11r/min

47、 T=95.5×105×7.5/11 =6.5×106N.mn 3）選取鋸齒寬度系數(shù)фb=0.4 4）材料彈性影響系數(shù)ZE=188.9Mpa0.5 5）按齒面硬度得小齒輪的接觸極限為580Mpa 6）由計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 設(shè)其工作壽命為12年，每年工作300天，兩班制則 N=60njLh=3.8×107 7）接觸疲勞壽命系數(shù)KHN=0.96 8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)為s=1 由公式 [бH]= KHNбHLim/s=551Mpa 計算： 1）計算齒輪分度圓直徑 代入公式得352.8mm 2）計算圓周速度v=Лdn/60000=2.0

48、3m/s 3）計算齒寬b b=141.12mm 4）按實際載荷系數(shù)校核分度圓直徑 載荷系數(shù)K=KAKVKHβHA =1×1.09×1.2×1.37 =1.53 故d=370mm 中心輪 與星形相噘和的中心齒輪直接固定在手臂中心支架上，由于其傳動比Z2/Z1=20 分度圓直徑為370mm 模數(shù)m=p/Л=D/Z=18.5mm 齒寬為141mm 校核驗算 F=2T/d=3513.5N KAF1/b=24.9N/mm 故合適 三、手臂升降機構(gòu)的設(shè)計計算 1）、手臂作升降運動的液壓缸驅(qū)動力 驅(qū)動力F=F慣+F

49、摩+F密+F回+G 式中F慣——起動或制動時，鏈條所受平均慣性力， F慣=(G/g)(△v/△t) G——參與運動的零部件所受的總重，G=5600N △v——由靜止加速到常速的變化量； △t——啟動過程時間，一般取0.01~0.5S，這里取△t=0.03S 取液壓缸工作壓力P=1.6Mpa F慣=5600/9.8×0.102/0.03=194209N F摩——摩擦阻力，=0.32f F回——步進電動機自身停滯所造成的阻力，按F回=0.05P來計算； 代入驅(qū)動力F的計算公式得，F(xiàn)=1.5×104N。 第四部分 驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 一、 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 1、 各類驅(qū)動系統(tǒng)的特

50、點 驅(qū)動系統(tǒng)為機械手提供運動的動力，是運動源。啟動系統(tǒng)按驅(qū)動介質(zhì)的不同可分為液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電機驅(qū)動、機械傳動，也可采用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動。下面介紹三類主要系統(tǒng)的特點： 1）、液壓驅(qū)動系統(tǒng) 液壓驅(qū)動具有以下優(yōu)點：液體壓力高，可以獲得較大的輸出力；油液壓縮性小，壓力、流量均易控制，可以實現(xiàn)無機調(diào)速；反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制；在輸出相同力的情況下，機構(gòu)的體積小、維護方便。 2）、氣動驅(qū)動系統(tǒng) 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、價格低的特點，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。但難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機械手中。如上下料和沖壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多。 3）、電動驅(qū)動系統(tǒng) 由于低慣量、大轉(zhuǎn)

51、矩的交直流伺服電機及配套的伺服驅(qū)動器的確廣泛應(yīng)用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機械手中被大量選用。 2、工業(yè)機械手驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計機械手時，選擇哪一類驅(qū)動系統(tǒng)。要根據(jù)機械手的用途、作業(yè)要求、機械手的性能規(guī)范、控制功能、維護的復(fù)雜程度、運行的功耗、性能與價格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟性及可靠性進行綜合選擇。一般情況下，對于物料搬運，重負(fù)荷的可選液壓驅(qū)動系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機驅(qū)動系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 由于上述特點，根據(jù)本次設(shè)計的機床的情況，選用中型驅(qū)動程序。本次設(shè)計的立式機床吸盤式自動上下料機械手也

52、是采用步進電動機傳動。但是步進電動機傳動也有其缺點： 1、步進電機應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。 3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考

53、慮溫升。 4、轉(zhuǎn)動慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機座號電機。 5、電機在較高速或大慣量負(fù)載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 6、高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。 7、電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 8、電機在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。 ??????? 9、應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。 二、步進電機系統(tǒng)傳動方案設(shè)計

54、步進電機系統(tǒng)在機械手中所起的作用是通過電轉(zhuǎn)換元件把控制信號進行功率放大，對電動動力機構(gòu)進行方向、位置和速度的控制，進而控制機械手臂按給定的運動規(guī)律動作。電機驅(qū)動動力機構(gòu)多數(shù)情況下采用直線帶動或通過鏈條、齒輪進行作用力，由于實現(xiàn)手臂的伸縮升降及手臂的回轉(zhuǎn)。連續(xù)做功的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。 三、機械手系統(tǒng)設(shè)計與分析 2、立式機床吸盤式上下料機械手動作順序 立式機床吸盤式上下料機械手動作順序： 油泵啟動待料——手臂定位——手臂外伸——手臂下降——吸盤抓料——手臂縮回——手臂回轉(zhuǎn)——手臂第2次前伸——吸盤出氣松開——手臂第2次縮回——手臂上升——手臂反轉(zhuǎn)復(fù)位——待料卸荷（循環(huán)結(jié)束） 上述動作均由

55、電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)向閥按程序指令的順序來實現(xiàn)的動作的循環(huán)和連續(xù)上料過程。 第五部分 電器控制系統(tǒng)的設(shè)計 一、電控方式的選擇 電控線路輔助步進電機控制機械手自動完成工件的上下料運動。機械手的電控有多種類型。除專用機械手外，大多數(shù)要專門進行電控系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)控制程序的不同，電控方式分為固定程序，包括繼電器線路、半導(dǎo)體邏輯線路、可編程序，包括順序控制器，示教再現(xiàn)式計算機。如圖步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)電路圖： 繼電器控制功能單一，靈活性、穩(wěn)定性、可靠性均較低，而且設(shè)備維護維修不便。 可編程序控制器是微機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)性結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

56、新型控制器，是一種以微處理器為核心用做數(shù)字控制的專用計算機。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一，以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通訊聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計算機接口、能對其模擬量進行控制、具備高速計數(shù)與位移等高性能模塊等優(yōu)異性能 采用PLC自動控制，不僅使電控系統(tǒng)構(gòu)成簡單，省去了諸如繼電器之類的固體電子器件，簡化了復(fù)雜的硬件接線線路，而且可以使控制極具柔韌性和擴展性。 與繼電邏輯電路相比，具有體積小、功耗低、壽命長、抗干擾能力強、可靠性高等特點。調(diào)試、維護、使用極為方便。 二、電氣控制原理 1、順序動作控制 順序動作控制的編程方式很多，如逐步鎖定法、步進指

57、令法、移位寄存器法，這里采用移位寄存器法。這種方法的優(yōu)點是簡便、易讀、條理清晰，尤其適合于很多小的動作組成的整套動作。特別是避免了前面的多個電磁閥、行程開關(guān)的閉和斷開的相互約束，而導(dǎo)致后面梯形圖難于畫，編程復(fù)雜及程序的可讀性和梯形圖的可觀性差諸多缺點。 2、具體控制方式 根據(jù)設(shè)備和工藝的要求，該機械手需要三種控制方式：步進調(diào)試控制、半自動單周期操作方式和連續(xù)自動循環(huán)操作方式。 1）、步進調(diào)試控制 機械手在原位時，每按下按扭，機械手按動作的固定順序動作一步。 2）半自動單周期操作方式 機械手在原位時，按下啟動按扭等，機械手執(zhí)行周期動作。當(dāng)按下復(fù)位按扭，機械手重新周期動作。 3）連續(xù)

58、自動循環(huán)操作方式 將相應(yīng)的按扭一直接通，機械手連續(xù)自動循環(huán)工作。 三、電氣控制設(shè)計 1、機械手工藝流程示意圖 機械手工藝流程示意圖 2、機械手動作順序表 步序 輸入條件 輸出狀態(tài) 手臂外伸 手臂縮回 吸盤出氣 手臂上升 手臂下降 手臂定位 手臂回轉(zhuǎn) 手臂復(fù)位 小泵卸荷 大泵卸荷 燈 原點 7ST 3ST — — — — — — — — — — + 待料卸荷 1SB — — — — — — — — + + — 手臂 定位 2SB — — — — — + — — — + — 手

59、臂 外伸 KP + — — — — + — — — + — 手指 張開 1ST — — + — — + — — — + — 手指 夾緊 KT1 — — — — — + — — — + — 手臂 下降 KT2 — — — — + + — — — + — 手臂 縮回 2ST — + — — — + — — — + — 手臂 回轉(zhuǎn) 4ST — — — — — — + — — + — 手臂 再次 前伸 5ST + — —

60、— — + — — — + — 手指 松開 6ST — — + — — + — — — + — 手指 閉合 手臂 縮回 KT3 — + — — — + — — — + — 手臂 上升 3ST — — — + — + — — — + — 手臂 反轉(zhuǎn) 復(fù)位 8ST — — — — — — — + — — — 原位 9ST — — — — — — — — — — + 總結(jié) 該立式機床吸盤式上下料機械手用于立式機床自動生產(chǎn)線的上下料裝置專用機

61、械手，完成工件從機械手工位到機床工作臺的位置轉(zhuǎn)換，其全部動作既可以自動完成，也可以單步手動控制完成，此機械手在滿足定位精度和工作效率教高的前提下，盡量使其動作簡單，易于控制。 參考書目 a) 李允文主編，工業(yè)機械手設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1996 b) 天津大學(xué)編，工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ).天津：天津大學(xué)出版社，1980 c) 張健民主編，工業(yè)機器人.北京：北京理工大學(xué)出版社，1988 d) 蔡自興主編，機器人原理及其運用.長沙：長沙中南工業(yè)大學(xué)出版社，1988 e) 徐景主編，機械設(shè)計手冊第五卷.北京：機械工業(yè)出版社，1992 f) 高井（日）主編，工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，1977 g）焦振學(xué)主編，機床電器控制技術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社.1992 h）鄧星鐘 周祖德 鄧堅主編 基電傳動與設(shè)計 華中理工大學(xué)出版社 2000年 i）《工業(yè)機械手圖冊》編寫組 工業(yè)機械手圖冊 機械工業(yè)出版社 1978年