廢瓶剔除機(jī)的機(jī)械手課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第一張 緒論</b></p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　伴隨著機(jī)電一體化在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制成分顯得越來(lái)越來(lái)越重要，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到、腐蝕以及有毒氣體的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至危及生命。因此機(jī)械手就在這樣的環(huán)境下誕生了，機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)

2、中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。其中的工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；能制作必要地機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。本設(shè)計(jì)采用PLC作為控制機(jī)對(duì)工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行控制及監(jiān)控，國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如

3、下幾個(gè)趨勢(shì)：</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的6.5萬(wàn)美元。</p><p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體：由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)世。</p>

4、<p>　　工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日間小巧，而且采用模塊化結(jié)構(gòu)：大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、生覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制

5、；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)壞境中的感覺(jué)來(lái)操作機(jī)器人。</p><p>　　當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者于機(jī)器人的人機(jī)交換控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的控制遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段

6、。美國(guó)發(fā)射到火星上得“所杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的著名實(shí)例。</p><p>　　機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起，從94年美國(guó)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)始其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)

7、器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、電焊、裝配、裝運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品：機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)面我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次

8、重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)</p><p><b>　　二、氣動(dòng)機(jī)械手概述</b></p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手由操縱機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)

9、傳感裝置構(gòu)成，是一種防人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化設(shè)備。特別適合于多品種、便批量的柔性生產(chǎn)，它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用， 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代要就十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意

10、義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化控制，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)械手稱為“工業(yè)” 。生產(chǎn)中應(yīng)用

11、機(jī)械手可以提高生產(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、</p><p>　　三、機(jī)械手的組成和分類</p><p>　　(一)、機(jī)械手的組成</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 機(jī)械手組成方框圖：</p>

12、;<p>　　Plane chart of composition of manipulator</p><p><b>　　1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　手部</b></p><p>　　

13、即與物件接觸的部件。由于物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由于手指（或手爪）和傳力結(jié)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(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用比較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓物件的表面形狀，被抓部位（是外廓或

14、是內(nèi)控）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的：手指有外夾式和內(nèi)撐式：指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而 傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)，傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有：滑槽連桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式和重力式等。</p><p><b>　　手腕</b></p><p>　　是連接手部和手臂的部件，并可用

15、來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位（即姿勢(shì)）</p><p><b>　　手臂</b></p><p>　　手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置，工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條傳到機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）于驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)

16、。</p><p><b>　　立柱</b></p><p>　　立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系，機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。</p><p><b>　　行走機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　

17、當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)，可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式分為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。</p><p><b>　　機(jī)座</b></p><p>　　機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。<

18、/p><p><b>　　2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。</p><p><b>　　3、控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)

19、是支配著工業(yè)機(jī)械手規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，目前工業(yè)機(jī)械手的控制一般是由程序控制系統(tǒng)和電器定位（或機(jī)械擋塊定位）系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)。并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息（如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間），同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p><b>　　4、位

20、置檢測(cè)裝置</b></p><p>　　控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。</p><p><b>　?。ǘC(jī)械手的分類</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)

21、一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)進(jìn)行分類。</p><p><b>　　按用途分</b></p><p>　　機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：</p><p>　　專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)

22、化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手。</p><p>　　通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。定格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種：簡(jiǎn)易型以“開(kāi)—關(guān)”式控制

23、定位，只能是點(diǎn)位控制：可以使點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制；同時(shí)還可分為伺服型和一般型的機(jī)械手，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。</p><p><b>　　按驅(qū)動(dòng)方式分</b></p><p>　　液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是：抓重可大幾百公斤以上，傳動(dòng)平穩(wěn)性結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要

24、求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。</p><p>　　氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作四度的平穩(wěn)性較差，沖擊

25、大，而且氣源壓力較低，注重一般在30公斤以下，在同樣注重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以使用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于玻璃瓶的上下運(yùn)動(dòng)。動(dòng)作頻率達(dá)，但結(jié)構(gòu)較小，動(dòng)作程序不可變。</p>

26、<p>　　電力傳動(dòng)機(jī)械手即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率不僅電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　按控制方式分</b></p><p>　　點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控

27、制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)度，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。</p><p>　　連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)位無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且只用范圍廣，但電氣控制紫銅復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p><b&g

28、t;　　課題的主要任務(wù)</b></p><p>　?。ㄈ?、本課題將要完成的主要任務(wù)如下：</p><p>　　進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)械手的總體研究，并進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)：</p><p>　　設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　用PLC對(duì)機(jī)械手控制的總體設(shè)計(jì)；</p><p>　

29、　第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　?。ㄒ唬?、概述</b></p><p>　　對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)備的拾—放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)，一定的承載能力，足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是：充分分析作業(yè)對(duì)象（工件）的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)

30、功能要求和環(huán)境條件；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制的要求；盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。</p><p>　?。ǘ?、機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度</p><p>　　按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)型式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)

31、式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在抓玻璃瓶時(shí)手臂具有升降、收縮運(yùn)動(dòng)，因此，采用直角坐標(biāo)式。相應(yīng)的機(jī)械手具有兩個(gè)自由度。</p><p>　　1、機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，玻璃瓶屬于是棒料，使用夾持式手部。</p><p>　　2、機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p

32、>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，只要手臂能夠滿足水平運(yùn)動(dòng)即可，因此機(jī)械手的手臂采用直角坐標(biāo)式。</p><p>　　3、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。</p><p>　　4、機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)</p><

33、p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器（ＰＬＣ對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變ＰＬＣ程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　?。ㄈ?、機(jī)械手的主要參數(shù)</p><p>　　1）機(jī)械手的最大抓中是其規(guī)格的主要參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)

34、設(shè)計(jì)抓重的工件質(zhì)量為1公斤。</p><p>　　2)基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍，而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮的速度。該機(jī)械手最大移位速度設(shè)計(jì)為0.1m/s。平均移動(dòng)速度為0.08m/s。</p><p>　　1、機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p><b>　　1）用

35、途</b></p><p>　　用于抓取生產(chǎn)不合格的玻璃瓶</p><p><b>　　2)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：</b></p><p><b>　　抓重</b></p><p><b>　　1千克</b></p><p><b>　　自

36、由度</b></p><p><b>　　1個(gè)自由度</b></p><p><b>　　坐標(biāo)型式</b></p><p><b>　　直角坐標(biāo)式</b></p><p><b>　　手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>

37、;<b>　　伸縮行程100mm</b></p><p>　　伸縮速度40mm/s</p><p><b>　　升降行程250mm</b></p><p>　　升降速度100mm/s</p><p><b>　　手指夾持范圍</b></p><p>&l

38、t;b>　　棒料φ2—φ10</b></p><p><b>　　定位方式</b></p><p><b>　　形成開(kāi)關(guān)</b></p><p><b>　　定位精度</b></p><p><b>　　+1mm</b></p>

39、;<p><b>　　驅(qū)動(dòng)方式</b></p><p><b>　　氣壓傳動(dòng)</b></p><p><b>　　控制方式</b></p><p>　　點(diǎn)位程序控制（采用PLC）</p><p>　　（四）機(jī)械手動(dòng)作轉(zhuǎn)換方案</p><p>

40、;　　廢瓶剔除機(jī)在啤酒瓶生產(chǎn)線旁邊用來(lái)剔除有裂縫或者是裂紋的不合格的產(chǎn)品。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)大的絲桿上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的距離大于一個(gè)啤酒瓶的高度即可。絲杠螺母連接一個(gè)小的電機(jī)，小電機(jī)連接一個(gè)小的絲杠，絲杠水平運(yùn)動(dòng)。絲杠帶動(dòng)CTA氣缸，CTA氣缸與機(jī)械手相連。ＣＴＡ氣缸的伸縮帶動(dòng)機(jī)械手的加緊與松開(kāi)，當(dāng)氣缸進(jìn)給時(shí)，機(jī)械手加緊，大絲杠向上運(yùn)動(dòng)，使啤酒瓶脫離生產(chǎn)線，小絲杠水平運(yùn)動(dòng)，就啤酒瓶運(yùn)到廢物箱的上方，氣缸回程，機(jī)械手松開(kāi)。啤酒瓶掉入廢物箱內(nèi)。如此

41、反復(fù)即可達(dá)到剔除廢瓶的目的。</p><p>　　第三章 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　1、氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用ＣＴＡ型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為φ63/63。</p><

42、;p>　?。?）在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑D=63mm，半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可，設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng)P=0.4MPa</p><p><b>　　則驅(qū)動(dòng)力：、</b></p><p><b>　　F=P·πR</b></p><p>　　=0.4×10×3.14&#

43、215;0.0315</p><p><b>　　=1246(N)</b></p><p>　　(2)測(cè)定手腕質(zhì)量和重物的質(zhì)量之和為7kg，設(shè)計(jì)加速度a=10(m/s)，則慣性力</p><p><b>　　F=ma</b></p><p><b>　　=10×7</b&g

44、t;</p><p><b>　　=70（N）</b></p><p>　?。?）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)k=0.2.</p><p><b>　　F=kF</b></p><p><b>　　=70×0.2</b></p><p>&

45、lt;b>　　=14</b></p><p><b>　　F= F+ F</b></p><p>　　=70+14=84（N）</p><p><b>　　F＜F</b></p><p>　　所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求</p><p>&

46、lt;b>　　2、活塞桿的計(jì)算</b></p><p>　?。?）按強(qiáng)度條件計(jì)算 </p><p>　　當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)（L≤10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d</p><p><b>　　d≥</b></p><p>　　式中 F—?dú)飧椎耐评恚∟）；</p><

47、;p>　　σ—活塞桿材料的許用應(yīng)力（pa）, σ=σ/s；</p><p>　　σ—材料的抗拉強(qiáng)度（pa）；</p><p>　　S— 安全系數(shù)，S≥1.4。</p><p>　　按縱向彎曲極限力計(jì)算 氣缸承受軸向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力F以后，活塞會(huì)產(chǎn)生永久性完全變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑與行程有關(guān)。&l

48、t;/p><p><b>　　當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比≥85時(shí) </b></p><p><b>　　F= nπEI/L</b></p><p><b>　　當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比＜85時(shí)</b></p><p><b>　　F=</b></p><p>　　式中

49、 L—活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度（m）</p><p>　　K—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，</p><p>　　實(shí)心桿 K==，</p><p>　　空心桿 K=/4；</p><p>　　I—活塞桿橫截面慣性矩，</p><p>　　實(shí)心桿 I=，</p><p>　　空心桿 I=

50、π（d— d）/64；</p><p>　　d—空心活塞桿內(nèi)徑直徑（m）；</p><p><b>　　A—活塞桿截面積</b></p><p><b>　　實(shí)心桿 A=d，</b></p><p>　　空心桿 A=（d—d）；</p><p><b>　　n

51、—系數(shù)，</b></p><p>　　E—材料彈性模量，對(duì)鋼取E=2.1×10Pa;</p><p>　　f —材料強(qiáng)度試驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=49×10Pa；</p><p>　　a —系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/5000</p><p><b>　　3、平衡裝置</b></p><

52、;p>　　在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。</p><p>　　第四章 機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1、機(jī)械手材料的選擇</p><p>　　玻璃為非晶體，沒(méi)

53、有固定的熔點(diǎn)，只有融程，600~800℃時(shí)開(kāi)始軟化，溫度升高。流動(dòng)性越強(qiáng)。因此玻璃瓶的溫度低于600℃。鋼板的材料選用熱軋普通薄鋼板。熱軋普通薄板俗稱黑鐵皮，因鋼板表面呈云彩黑藍(lán)色而得名。主要用于制造對(duì)表面質(zhì)量要求不高，不需深沖加工的制品。厚度采用4mm。</p><p>　　2、機(jī)械手的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　機(jī)械手的結(jié)構(gòu)中心對(duì)稱，去薄板的中心線位置標(biāo)示機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，如圖：<

54、/p><p>　　圖4—1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　3、機(jī)械手尺寸計(jì)算</b></p><p>　　由于機(jī)械手是中心對(duì)稱的，在分析機(jī)械手尺寸時(shí)我們只分析上半部分。尺寸標(biāo)注如圖所示：</p><p>　　圖4—2 機(jī)械手尺寸結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中虛線部分為機(jī)械手向左運(yùn)

55、動(dòng)的極限位置，從左到右三個(gè)手臂的一次為1桿2桿3桿。設(shè)計(jì)尺寸為1桿92.4mm，2桿70mm，3桿80mm。1與2的夾角為120°。極限位置時(shí)2與3垂直，3與對(duì)稱線垂直。極限位置時(shí)1與對(duì)稱中心線的夾角為60°。啤酒瓶上口的直徑為36mm左右，因此機(jī)械手末端離中心線的距離應(yīng)為17mm。</p><p>　　尺寸設(shè)計(jì)合理性計(jì)算：</p><p><b>　　= &

56、lt;/b></p><p><b>　　a=24.9</b></p><p>　　在三角形中斜邊大于直角邊。</p><p><b>　　氣缸行程的計(jì)算：</b></p><p>　　Sin（60°-α）= </p><p>　　α=16.9°

57、 </p><p>　　式中α為1在兩個(gè)極限位置時(shí)的夾角</p><p>　　120°-α=103.1°</p><p>　　cos103.1°=</p><p><b>　　b=127.9</b></p><p><b>　　cosβ=</b&g

58、t;</p><p><b>　　β=32.2°</b></p><p>　　β為1在極限位置時(shí)與2、3交點(diǎn)的夾角。</p><p>　　sin(60°-32.2°)= </p><p><b>　　f=59.65</b></p><p>　　s

59、inγ===0.75</p><p><b>　　γ=48.2°</b></p><p>　　γ為3與中心線的夾角。</p><p>　　cos(60°-β)= </p><p><b>　　y=166.46</b></p><p>　　y為1與中心線的交

60、點(diǎn)跟3桿的距離。</p><p>　　e =b×cos(60°-β)</p><p>　　=127.9×cos27.8°</p><p><b>　　=113.14</b></p><p>　　式中e為b在中心線上的投影。</p><p><b>

61、　　cosα=</b></p><p><b>　　c=20.57</b></p><p>　　式中c為2在兩極限位置時(shí)的距離。</p><p>　　綜上所述：氣缸的形成x=y-d-e</p><p>　　=166.46-113.14-20.57</p><p><b>　　

62、=32.75</b></p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的主要是廢瓶剔除機(jī)的機(jī)械手部分。只有一個(gè)自由度，主要實(shí)現(xiàn)的功能是加緊或松開(kāi)啤酒瓶，為畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)整體的啤酒瓶剔除機(jī)做了鋪墊。經(jīng)過(guò)三個(gè)星期的努力終于初步成型。在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)到了很多的東西，知道了以前學(xué)的很多東西還是不牢固，很多已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)都已經(jīng)忘記了，只

63、能重新翻書(shū)學(xué)習(xí)，在接下來(lái)畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)該吸取教訓(xùn)。再就是要多問(wèn)老師，多聽(tīng)一下指導(dǎo)老師的意見(jiàn)，在計(jì)算之前先把機(jī)械部分的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖畫(huà)出來(lái)，再把圖補(bǔ)充完整。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]蘇聯(lián)莫施寧.卷板機(jī)（第一版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1970.</p><p>　　[2]周國(guó)盈.帶鋼卷取設(shè)備.冶金工

64、業(yè)出版社,1992.</p><p>　　[3]蘇傳德.卷板機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算[J].山東冶金.1999.6(3):42-43</p><p>　　[4]范宏才.現(xiàn)代鍛壓機(jī)械[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.</p><p>　　[5]李強(qiáng).對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的受力及驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算分析.鍛壓技術(shù)[J].2007</p><p>　　[6]壓力

65、加工手冊(cè).日本塑性加工學(xué)會(huì)編.機(jī)械工業(yè)出版社,1984.</p><p>　　[7]鞏云鵬.田萬(wàn)祿.張祖立.黃秋波主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].東北大學(xué)出版 社.2000.</p><p>　　[8]單輝祖主編.材料力學(xué)教程.高等教育出版社.2006</p><p>　　[9]段鵬文.毛君主編.工程機(jī)械.中國(guó)華僑出版社.2002&l