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機(jī)械手臂設(shè)計范文第1篇

關(guān)鍵詞 機(jī)械手 結(jié)構(gòu)設(shè)計 控制系統(tǒng)

0引言

隨著科技的飛速發(fā)展，機(jī)械手在大規(guī)模勞動密集型生產(chǎn)中得到了重要應(yīng)用，成為自動化生產(chǎn)線上不可或缺的一員。機(jī)械手提高了生產(chǎn)自動化程度，降低了勞動強(qiáng)度和用工成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，提高了生產(chǎn)自動化程度。機(jī)械手在生產(chǎn)中仍有許多機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)問題存在，不斷加大對機(jī)械手的研究，增強(qiáng)其智能性、適應(yīng)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，滿足日益提高的F代化生產(chǎn)要求。

1機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計

1.1底座結(jié)構(gòu)設(shè)計

底座是整個機(jī)械手臂的支撐部分，是執(zhí)行腰部360度回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，也是安裝動力源、控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的部位。

1.2手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計

手臂是支撐和帶動手腕和手部的重要部件，分為有關(guān)節(jié)臂和無關(guān)節(jié)臂，本文所設(shè)計的機(jī)械手臂試驗(yàn)裝置為無關(guān)節(jié)臂，并采用直流電機(jī)驅(qū)動，錐齒輪或內(nèi)嚙合齒輪傳動。

1.3手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計

手腕是用于連接手臂和手部的部件，通過左右旋轉(zhuǎn)平移和俯仰轉(zhuǎn)動，可以調(diào)整機(jī)械手執(zhí)行操作時的位置和姿態(tài)。

1.4手部結(jié)構(gòu)設(shè)計

手部是直接于物體接觸的部件。根據(jù)手部與物體接觸形式的不同可分為夾持式和吸附式。夾持式通過模仿人手指的結(jié)構(gòu)形式，可分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種類型。根據(jù)手指數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，其中二指應(yīng)用最多。根據(jù)傳力結(jié)構(gòu)又可分為回轉(zhuǎn)型和平移型，回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)簡單，方便制造，因此常使用此類型；平移型可夾持范圍大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。本文采用二指回轉(zhuǎn)型夾持式結(jié)構(gòu)，手部有兩個自由度，一個自由度用于夾持物體，一個自由度用于反轉(zhuǎn)手腕，通過直流電機(jī)驅(qū)動。

設(shè)計所得機(jī)械臂采用的回轉(zhuǎn)型機(jī)械手臂與人的手臂結(jié)構(gòu)相似，前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，底座與手臂形成類似人手臂的肩關(guān)節(jié)，手臂中大臂和小臂形成肘關(guān)節(jié)，大臂可以做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，小臂可以做俯仰運(yùn)動。此類機(jī)械臂工作范圍大、運(yùn)動靈活迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、通用性好。

2機(jī)械手臂驅(qū)動設(shè)計

驅(qū)動系統(tǒng)通過傳動裝置為整個機(jī)械手臂提供動力，關(guān)節(jié)型機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動裝置和傳動裝置兩部分組成。常見的驅(qū)動型式有液壓傳動、氣動傳動和電氣傳動，液壓傳動具有作用力大、結(jié)構(gòu)緊湊、作用平穩(wěn)、動作靈敏等優(yōu)點(diǎn)，但其易產(chǎn)生漏油污染、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高；氣動傳動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、無污染、維修方便，但由于空氣易被壓縮，工作不線性。工業(yè)機(jī)械手臂常使用液壓傳動和氣動傳動，但液壓傳動和氣動傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，本文機(jī)械手臂作為實(shí)驗(yàn)裝置，機(jī)械手臂不需要進(jìn)行高強(qiáng)度、高負(fù)載的工作，故使用電氣傳動，具有運(yùn)動速度快、可靠性好、運(yùn)動精確、安裝維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，完全可以滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)備的需要。

3機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計

機(jī)械手臂控制系統(tǒng)控制著機(jī)械手臂按所發(fā)出指令要求運(yùn)動。目前，工業(yè)機(jī)械手多采用程序控制系統(tǒng)和電氣定位系統(tǒng)進(jìn)行控制。機(jī)械手臂實(shí)驗(yàn)裝置的控制系統(tǒng)較為簡單，用單片機(jī)輸出六路PWM脈沖信號分別控制機(jī)械手臂的六個舵機(jī)，需要輸出一個20ms的脈沖來控制舵機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的六個自由度。對機(jī)械手臂的控制即對各電機(jī)的控制，計算機(jī)為控制系統(tǒng)的核心，分別由計算機(jī)、伺服控制卡、4套步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元和4套步進(jìn)電機(jī)組成。

機(jī)械手臂控制系統(tǒng)設(shè)計主要時對驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計、上位機(jī)控制界面的設(shè)計和上、下位機(jī)之間串口通信的設(shè)計等。

在對上位機(jī)控制界面設(shè)計時，主要包括五路舵機(jī)控制區(qū)、一路電機(jī)控制區(qū)和機(jī)械手運(yùn)行示意圖等方面。五路舵機(jī)控制區(qū)采用滾輪條的形式，在右側(cè)的編輯框中實(shí)時顯示各舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度；一路電機(jī)控制區(qū)采用速度控制的形式，顯示電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止；用機(jī)械手運(yùn)行示意圖實(shí)時顯示機(jī)械手的運(yùn)行情況，當(dāng)相應(yīng)舵機(jī)或電機(jī)運(yùn)行時，會在相應(yīng)的舵機(jī)或電機(jī)位置上加亮以表示正處于運(yùn)行狀態(tài)。

4結(jié)語

隨著生產(chǎn)中對機(jī)械手需求量的不斷增大，對機(jī)械手智能性、適應(yīng)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。我國對于機(jī)械手的研究和應(yīng)用起步相對較晚，不能適應(yīng)生產(chǎn)中對機(jī)械手提出的要求。對六自由度機(jī)械手臂實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的實(shí)時精確控制，解決存在各種問題，可以為控制算法和控制理論的測試、檢驗(yàn)提供更佳的實(shí)驗(yàn)平臺，更好地對機(jī)械手進(jìn)行精確而又復(fù)雜的控制研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 范小蘭，趙春鋒.基于PLC的機(jī)械手控制在MCGS中的實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化，2012（18）.

機(jī)械手臂設(shè)計范文第2篇

目前我國正面臨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整與增長方式轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)型期，這個轉(zhuǎn)型期，目標(biāo)明確無誤，這就是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興；轉(zhuǎn)型的途徑早已昭告天下，這就是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀；轉(zhuǎn)型的方向，也早已溫暖人心，這就是構(gòu)建社會主義和諧社會。水與電是國力強(qiáng)盛與民族復(fù)興的重要能源，屬于戰(zhàn)略性資源，關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)命脈，并對下游產(chǎn)品產(chǎn)生直接影響。近年來，世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，大大加劇了能源的過度開發(fā)，過度需求與過度浪費(fèi)。吉林市是個豐水城市，以庫容108億立方米的松花湖為水源，人均水資源占有率為全國平均值的1.8倍，并且水質(zhì)好，屬于II～I(xiàn)II類水體。但近年來受異常氣象和水源污染的影響，給水質(zhì)凈化增加了一定的難度。吉林市的自來水廠建于1927年，至今已達(dá)84周年，跨越幾個歷史時期，飽經(jīng)滄桑，管網(wǎng)及設(shè)備陳舊老化，加上資金短缺，仍然存在著耗能高、效率低、水資源流失嚴(yán)重的問題，要徹底轉(zhuǎn)變尚需一段時間，為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中，堅持科學(xué)發(fā)展觀，充分發(fā)揮第一生產(chǎn)力的作用和技術(shù)潛質(zhì)，廣辟節(jié)約創(chuàng)收蹊徑，成效可觀，現(xiàn)就生產(chǎn)、技術(shù)、企管等主要環(huán)節(jié)淺析如下。

二、廣辟節(jié)約創(chuàng)收途徑的做法與效果

（一）應(yīng)用新技術(shù)改造落后產(chǎn)能，水質(zhì)與產(chǎn)量顯著提高

吉林市水務(wù)集團(tuán)第一供水廠是個已建廠84年的老水廠，設(shè)備陳舊老化，雖經(jīng)多次改造，仍然產(chǎn)能低下，四個凈化系統(tǒng)每日只能生產(chǎn)6萬m3/d的水，水質(zhì)尚不可能完全達(dá)標(biāo)，但根據(jù)我國的國情及建設(shè)節(jié)約型社會的宗旨，目前有些老的凈化設(shè)備尚不能淘汰。為滿足居民高質(zhì)用水的需要，經(jīng)工程技術(shù)人員的考察調(diào)研和論證，在一水廠三個凈化系統(tǒng)中（新平流沉淀池、浮沉池、老平流深沉池）引進(jìn)了哈爾濱市多項(xiàng)水處理技術(shù)有限公司19組并聯(lián)管混合器；420片絮凝網(wǎng)格板，可形成140萬個主微渦；同程同阻25mm加長型小間距斜板150m2，80mm間距側(cè)向流斜板66m2；30mm間距側(cè)向流斜板44m2。這些現(xiàn)代高端凈化工藝設(shè)備在以上三種池型中安裝運(yùn)行后，出廠水濁度達(dá)1NTU以下，水質(zhì)與產(chǎn)能卓見成效，供水量由6萬m3/d增加到8.5萬m3/d，僅用400多萬元的投資就換取了每天增產(chǎn)2.5萬m3/d優(yōu)質(zhì)成品水的成果，每年可為企業(yè)增收600多萬元。

（二）進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化，降低維護(hù)費(fèi)用，確保安全供水

1998年我公司二水廠從法國得利滿公司引進(jìn)的設(shè)計能力為12萬m3/d供水設(shè)備投產(chǎn)運(yùn)行，一段時間后出現(xiàn)故障。

由于設(shè)備及部件價格昂貴，購置周期長，勢必嚴(yán)重影響安全供水。為解決這一問題，我們對部分設(shè)備進(jìn)行了國產(chǎn)化，效果尚稱理想，主要方法有三：

1、取而代之法：2002年二水廠從W&T公司引進(jìn)的V2020遠(yuǎn)程真空加氯機(jī)玻璃轉(zhuǎn)子計量罩受損，如進(jìn)口需1.6萬元，到貨修復(fù)約1個月時間。經(jīng)調(diào)研，找到了合作廠家，研制出替代產(chǎn)品，價格為進(jìn)口聽20%，僅十多天即解決問題。

2、消化吸收法：從某國ABB公司引進(jìn)送水機(jī)組電動機(jī)4臺，因制造工藝缺欠，投產(chǎn)以來，先后有3臺主機(jī)主絕緣被擊穿，需進(jìn)行大修。由于原電機(jī)采用了整浸技術(shù)，必須進(jìn)行整線圈更換式大修。如利用國內(nèi)現(xiàn)有絕緣材料，既要滿足絕緣等級（F級），還要滿足原功率要求，給大修帶來了大難題。面對挑戰(zhàn)，我公司工程技術(shù)人員與大修廠家一道，破解這一難題。進(jìn)而絕緣提高一級（H級），防護(hù)不變（IP23），磁路參數(shù)不變。經(jīng)運(yùn)行測試，較為理想，如此破解了國外電機(jī)利用國內(nèi)現(xiàn)階段絕緣材料進(jìn)行大修的難題，又提高了電機(jī)的效率，為公司節(jié)省資金100多萬元。

3、自身保護(hù)法：進(jìn)口設(shè)備有一些關(guān)鍵部件是對用戶限制的。PLC插件之一TSXAEM411，是調(diào)節(jié)恒液位過濾的關(guān)鍵部件，外方改動了其中部分部件，沒有專用的設(shè)備不能將其中的程序解讀，更不可能進(jìn)行更改，這件部件，在保修期內(nèi)就壞了近半，故價格很高，而且要到外方公司去購買。經(jīng)分析我方技術(shù)人員對濾池系統(tǒng)的PLC加裝高精度穩(wěn)壓電源來進(jìn)行保護(hù)，運(yùn)行幾年來沒有發(fā)生過損壞的事件。

（三）廣尋節(jié)能降耗途徑，建設(shè)節(jié)約型水務(wù)

吉林市水務(wù)集團(tuán)是個耗電大戶，供排水裝機(jī)總?cè)萘?9390KW，其中水廠14950KW，二次供水加壓泵3422KW，目前電費(fèi)在制水成本中所占比例已由上個世紀(jì)末的21%上升到目前的34%，加大了供水企業(yè)的經(jīng)營壓力。為保護(hù)民生，建設(shè)和諧水務(wù)，必須狠抓節(jié)能降耗工作，主要途徑如下：

1、應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，提高水泵的效率

提高水泵的效率是水泵節(jié)電的關(guān)鍵，實(shí)際上就是提高水泵的有效功率。例如吉林市三水廠擴(kuò)建后，在可預(yù)見的十年內(nèi)，供水能力必然有較大的冗余量，故采用高壓變頻調(diào)速，以滿足未來十年供水量的頻繁變化與調(diào)節(jié)，確保供水時效性與經(jīng)濟(jì)性這兩個指標(biāo)有效統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能環(huán)保與穩(wěn)定生產(chǎn)的可控制動態(tài)平衡。故對取水泵355KW/10KV 3臺機(jī)組選用帶手動一拖一旁路的變頻器進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)行。變頻器有效的水泵閉環(huán)控制功能使水泵調(diào)節(jié)平滑可靠，轉(zhuǎn)速無波動，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高到0.96以上，單臺機(jī)組節(jié)電率達(dá)32%，三水廠每年可節(jié)省電費(fèi)100多萬元。

2、較大型的水泵盡量采用自灌式啟動

三水廠舊系統(tǒng)取水泵站建于1975年，由于設(shè)計原因，泵室內(nèi)三臺水泵的安裝高度偏高，允許吸上真空高度只有2.45m，2.34m， 0.68m，而自流管線長達(dá)350m，減去自流管線的水頭損失，以上3個數(shù)值所剩無幾，致使水泵抽力差，易汽蝕，投產(chǎn)后泵站的吸水能力滿足不了每日10.8萬m3/d要求，最大取水量僅為9.5萬m3/d，為設(shè)計值的88%，為水泵額定值的79%。每m3水耗電量為0.124kw，比新建泵站自灌式取水機(jī)組每m3水耗電量高36%，節(jié)能降耗效果不好。鑒于上述情況，在2006年投產(chǎn)的新取水泵站中，安裝了三臺上海KSB水泵廠生產(chǎn)的RDL-600-670A水泵。該泵的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)合理，效率高，抗汽蝕能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，效率η≥80%，（比原來提高3%—5%），水泵設(shè)計安裝標(biāo)高比舊系統(tǒng)取水泵低4.86m，達(dá)到自灌啟動，單機(jī)平均出水流量經(jīng)測試為4500m3/h，僅開一臺機(jī)組就能達(dá)到一期設(shè)計流量，節(jié)電36%。

3、在二次供水改造工程中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時監(jiān)控，有效地控制了能源的消耗。

吉林市原有加壓泵站935個，其中水務(wù)集團(tuán)管理的有120個，占13%，其余87%即415個由產(chǎn)權(quán)單位自管，雖然泵站數(shù)量很多，但耗電量也很大，仍然解決不了群眾吃水難問 題，管網(wǎng)漏失率高達(dá)40%，用戶的水龍頭經(jīng)常流出黃水來，高層樓房成了上甘嶺，群眾怨聲載道。二OO二年至二OO九年進(jìn)行二次供水改造，將原來935座舊泵站改造成100座大中型區(qū)域加壓泵站，實(shí)時監(jiān)視和控制。節(jié)電效應(yīng)很好，改造前加壓泵電機(jī)總?cè)萘繛?5000kw，全年耗電量為9198萬kwh，改造后加壓泵電機(jī)總?cè)萘繛?900kw，為改造前的33%；改造后全年總耗電量為2125萬kwh，比改造前節(jié)電77%，相當(dāng)于每年節(jié)省電費(fèi)5814萬元，群眾吃水難的問題基本得到解決。

4、大力降低供水管網(wǎng)漏損率，節(jié)約水資源

為降低長期居高不下的管網(wǎng)漏損率，集團(tuán)采用3個外聘單位與內(nèi)查兩個隊(duì)伍，齊頭并進(jìn)。在各自承擔(dān)區(qū)域查找管網(wǎng)暗漏。而后，根據(jù)查出的漏失量按合同兌現(xiàn)所得報酬。自2007年5月至2008年末，用累積一年半的時間在全市160平方公里范圍內(nèi)，幾支隊(duì)伍分片包干，用進(jìn)口的高端儀器在1000公里的輸配水干線路徑上，晝夜兼程，采用路面聽音、閥栓聽音、閥栓漏水聲波探測、管道探測、GPRS衛(wèi)星定位法共探測出地下暗漏298處，并及時修復(fù)。制止漏水量2102m3/h，相當(dāng)于每年1840萬m3/年流量，全年可給集團(tuán)公司創(chuàng)造價值1200多萬元。自開展該項(xiàng)工作以來，供水的產(chǎn)銷差率累計降低了8個百分點(diǎn)，為31.6%。

綜上所述，可見吉林市水務(wù)集團(tuán)有限公司在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整與增長方式轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)型期，堅持科學(xué)發(fā)展觀，面對困難和挑戰(zhàn)，牢固樹立“一粥一飯當(dāng)思來這不易，一絲一縷恒念物力維艱”的觀念，堅持勤儉建國，厲行節(jié)約的精神，充分發(fā)揮第一生產(chǎn)力的作用，克難求進(jìn)，集思廣益，匯聚民智，強(qiáng)化管理，全力實(shí)施應(yīng)用新工藝改造落后產(chǎn)能、進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化、廣尋節(jié)能降耗途徑建設(shè)節(jié)能型水務(wù)的對策，取得了明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益，為供水企業(yè)高效、和諧、可持續(xù)發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。

機(jī)械手臂設(shè)計范文第3篇

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化的快速發(fā)展，機(jī)械手因其高效和靈活的特點(diǎn)被廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。機(jī)械手是一種可以模仿人手和臂的某些動作功能，并按照設(shè)定的軌跡、要求和程序抓取、搬運(yùn)工件或進(jìn)行操作工具的自動化裝置，尤其適用于較大規(guī)模、自動化流程生產(chǎn)和一些復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中；例如高溫、粉塵、放射性強(qiáng)、噪音較大的生產(chǎn)環(huán)境。機(jī)械手的應(yīng)用對于提高機(jī)械生產(chǎn)率，降低工人的勞動強(qiáng)度，保障一線工人的安全都具有重要的意義。目前機(jī)械手常用的三種驅(qū)動方式為：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動，其中液壓驅(qū)動以輸出轉(zhuǎn)矩大，動作靈敏，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，調(diào)速范圍較大的特點(diǎn)，多被用于運(yùn)動速度較低并且扭矩要求較大的工作場合。

隨著注塑行業(yè)的發(fā)展，人們對于塑料制品的需求量越來越大，對于塑件的工藝和強(qiáng)度也提出了新要求。為了提高塑件的局部強(qiáng)度，嵌件在塑件加工中被廣泛使用。然而工廠在生產(chǎn)過程中手工安裝嵌件的居多，這中安裝方式效率低下，嚴(yán)重影響了注塑機(jī)的工作效率，降低了塑料制品的加工精度，自動上料機(jī)械手需求愈加強(qiáng)烈。

1 液壓機(jī)械手基本組成

本文設(shè)計了一款四自由度液壓機(jī)械手，通過液壓缸進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)手臂的升降運(yùn)動、伸縮運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以及夾持部分的夾緊運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。

液壓機(jī)械手主要包括控制系統(tǒng)、傳動裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器裝置等。其中，機(jī)械手的核心部分是控制系統(tǒng)，它是用以控制整個系統(tǒng)具體的運(yùn)動過程。液壓驅(qū)動是執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行的傳動裝置。在機(jī)械手的組成中，最重要的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)也同樣是機(jī)械手內(nèi)部的主體部分，機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是其夾持部分，主要由拉簧、杠桿、手指、楔塊、杠桿支座、夾緊缸體等部分組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖 2所示。

2 液壓機(jī)械手運(yùn)作原理

2.1 機(jī)械手運(yùn)作原理

液壓機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)在兩臺立式注塑機(jī)之間交替進(jìn)行安裝嵌件的工作。機(jī)械手擁有四個自由度，分別為手臂的升降運(yùn)動、手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、手臂的伸縮運(yùn)動，以及夾持部分的夾緊運(yùn)動。采用液壓驅(qū)動的控制方式，以圓柱坐標(biāo)作為坐標(biāo)形式，其動作原理如圖3所示。液壓機(jī)械手開始運(yùn)行，首先手臂下降到嵌件上方預(yù)定位置A，張開機(jī)械手夾持裝置，機(jī)械手手臂下降到嵌件上方，夾持裝置夾緊嵌件，隨后機(jī)械手臂上升到起始位置，并順時針旋轉(zhuǎn)90°到注塑機(jī)1上方位置，手臂開始向前伸出到注塑機(jī)上方預(yù)定位置B，手臂下降到指定位置，夾持裝置松開，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂縮回，順時針旋轉(zhuǎn)90°回到原點(diǎn)位置，注塑機(jī)1開始工作；其次手臂下降到嵌件上方預(yù)定位置A，張開機(jī)械手夾持裝置，機(jī)械手手臂下降到嵌件上方，夾持裝置夾緊嵌件，隨后機(jī)械手臂上升到起始位置，并逆時針旋轉(zhuǎn)90°到注塑機(jī)2上方位置，手臂開始向前伸出到注塑機(jī)上方預(yù)定位置C，手臂下降到指定位置，夾持裝置松開，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂縮回，順時針旋轉(zhuǎn)90°回到原點(diǎn)位置，注塑機(jī)2開始工作，機(jī)械手第一個工作周期完成，待注塑機(jī)1完成運(yùn)作，機(jī)械手開始下一周期的工作。

2.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

機(jī)械手搬運(yùn)物體是依靠液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，液壓系統(tǒng)是機(jī)械手運(yùn)動的主要驅(qū)動方式，是機(jī)械手運(yùn)動過程的核心控制部分。主要用來完成機(jī)械手的夾緊/松開、上/下伸縮、前/后運(yùn)動以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。機(jī)械手運(yùn)動過程的液壓系統(tǒng)主要由油泵、執(zhí)行油缸、控制調(diào)節(jié)裝置、以及輔助裝置組成。此次設(shè)計中系統(tǒng)的主要參數(shù)如下表1、表2、表3所示。

2.3 液壓系統(tǒng)元件的選擇

（1）手部夾緊缸的分析計算

機(jī)械手臂設(shè)計范文第4篇

論文關(guān)鍵詞：PLC,三維機(jī)械手,步進(jìn)控制

隨著自動化控制領(lǐng)域的不斷發(fā)展，智能機(jī)械手的不斷推新，機(jī)器人手臂的智能化程度不斷提升，連續(xù)多角度控制的機(jī)器人手臂的出現(xiàn)，給機(jī)械手的教學(xué)帶來了新的挑戰(zhàn)。原來的教學(xué)機(jī)械手均以兩維空間模擬仿真教學(xué)為主。自2007年全國電工電子技能大賽以來，三維空間的機(jī)械手的教學(xué)需求尤為突出。

一、三維機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)

圖1所示是該三維機(jī)械手的實(shí)物圖。整個三維機(jī)械手能完成八個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉(zhuǎn)、手爪上下、手爪緊松。手爪提升氣缸采用雙向電控氣閥控制，氣缸伸出或縮回可任意定位。磁性傳感器用來檢測手爪提升氣缸處于伸出或縮回位置。手爪抓取物料由單向電控氣閥控制，當(dāng)單向電控氣閥得電，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，單向電控氣閥斷電，手爪松開。旋轉(zhuǎn)氣缸用來控制機(jī)械手臂的正反轉(zhuǎn)，由雙向電控氣閥控制。接近傳感器用來判斷機(jī)械手臂正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位后，接近傳感器信號輸出。雙桿氣缸用來控制機(jī)械手臂伸出、縮回，由雙向電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器對旋轉(zhuǎn)氣缸高速正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位時，起緩沖減速作用。

二、三維機(jī)械手的動作過程

圖2所示是該三維機(jī)械手的動作示意圖。當(dāng)需將工件有右工作臺搬至左工作臺時，在按下啟動的時候，右工作臺傳感器判斷有無工作，若有機(jī)械手動作，若無，機(jī)械手停止。當(dāng)機(jī)械手左旋并前伸到位準(zhǔn)備下降時，為了確保安全，必須在左工作臺上無工件時才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到左工作臺上的工件尚未搬走時，機(jī)械手應(yīng)自動停止下降。

圖1 三維機(jī)械手實(shí)物圖 圖2三維機(jī)械手動作示意圖

三維機(jī)械手的工作過程為：（1）從原點(diǎn)開始前伸；（原點(diǎn)位置為機(jī)械手右旋到限位，手臂縮回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后開始下降；（3）倒下限位后，機(jī)械手加緊工件，延時2s；（4）上升；（5）到上限位后，縮回；（6）到后限位后，左旋；（7）到左限位后，前伸；（8）到前限位后，下降；（9）到下限位后，機(jī)械手松開，延時2s；（10）上升；（11）到上限位后，縮回；（12）到后限位后，右旋，返回原點(diǎn)。

根據(jù)三維機(jī)械手的工作過程及要求，可以畫出機(jī)械手的動作流程圖，如圖3所示。

圖3 機(jī)械手動作流程圖 圖4機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

三、PLC硬件的選擇和I/O點(diǎn)分配

PLC的種類非常多，根據(jù)三維機(jī)械手的控制要求，由于其輸入、輸出節(jié)點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積較小，成本低，并能夠用計算機(jī)對PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，故選用日本三菱（MITSUBISHI）公司生產(chǎn)的多功能小型FX1N-40MR-001主機(jī)。該機(jī)型合計有輸入輸出點(diǎn)40個，其中24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)，采用繼電器方式有觸點(diǎn)輸出，能交流、直流負(fù)載兩用。內(nèi)部主要有：輔助繼電器1280個，其殊功能輔助繼電器256個，斷電保持輔助繼電器1152個；狀態(tài)繼電器1000個；定時繼電器256個；計數(shù)繼電器256個；數(shù)據(jù)寄存器8256個。

根據(jù)圖3所示的三維機(jī)械手動作流程圖，確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配，如表1所示。

根據(jù)圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出機(jī)械手的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖4所示。

四、控制程序的設(shè)計方法及編程運(yùn)行

常用的PLC程序設(shè)計方法有經(jīng)驗(yàn)法和順序功能法。根據(jù)圖4狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，編制的步進(jìn)梯形圖程序如圖5所示。

表1 三維機(jī)械手控制I/O分配表

輸入

輸出

名稱

輸入點(diǎn)

名稱

輸出點(diǎn)

停止

SB1

X0

手爪緊/松氣缸閥

YV1

Y1

啟動

SB2

X1

手臂氣缸伸出閥

YV2

Y2

物品檢測傳感器

SQ0

X2

手臂氣缸縮回閥

YV3

Y3

氣動手爪傳感器

SQ1

X3

提升氣缸下降閥

YV4

Y4

旋轉(zhuǎn)左限位接近傳感器

SQ2

X4

提升氣缸上升閥

YV5

Y5

旋轉(zhuǎn)右限位接近傳感器

SQ3

X5

旋轉(zhuǎn)氣缸左移閥

YV6

Y6

伸出臂前點(diǎn)限位傳感器

SQ4

X6

旋轉(zhuǎn)氣缸右移閥

YV7

Y7

縮回臂后點(diǎn)限位傳感器

SQ5

X7

提升氣缸上限位傳感器

SQ6

X10

提升氣缸下限位傳感器

SQ7

X11

圖5 步進(jìn)控制梯形圖

圖5中，M8044是用作原點(diǎn)條件，判斷機(jī)械手是否在原點(diǎn)開始工作。

如果要實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)，在圖5的步進(jìn)控制梯形圖中，將普通輔助/計時/狀態(tài)繼電器均換成斷電保護(hù)型。

上電后，直接初始狀態(tài)繼電器S0，在滿足原點(diǎn)條件繼電器M8044下，按下啟動按鈕SB2，X1得電，進(jìn)入等待狀態(tài)繼電器S20；此時物品檢測傳感器SQ0檢測到上料端有料，X2得電，進(jìn)入機(jī)械手臂伸出狀態(tài)S21；機(jī)械手伸出Y2得電，機(jī)械手前伸到前限位時，進(jìn)入機(jī)械手下降狀態(tài)；機(jī)械手下降Y4得電，機(jī)械手下降到下限位時，進(jìn)入機(jī)械手抓料延時狀態(tài)；機(jī)械手抓緊并延時，延時時間到，進(jìn)入機(jī)械手上升狀態(tài)…………如此，每當(dāng)該步動作到位，限位條件滿足時，狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)入下一工作步，進(jìn)行動作。

需要停止時，按下停止按鈕SB1,X0得電，停止標(biāo)志繼電器M0得電并自鎖，當(dāng)機(jī)械手右旋到有限位時，如果停止標(biāo)志有信號，則機(jī)械手回到初始狀態(tài)，如果停止標(biāo)志沒有信號，則機(jī)械手進(jìn)行下一周期的搬運(yùn)工作。

五、結(jié)束語

本文以三維機(jī)械手為例介紹了日本三菱MITSUBISHI公司生產(chǎn)的FX1N系列微型可編程控制器在步進(jìn)控制中的設(shè)計應(yīng)用。闡述了三維機(jī)械手的動作原理，設(shè)計要求，程序設(shè)計方法等。本文介紹的程序在實(shí)際生產(chǎn)和各屆各級電工電子技能大賽中獲得成功的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] FX1N series Programmable Controllers Hardware Manual，Mitsubishi electric corporation，1999

[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX1N使用手冊 2007.11.

[3] 亞龍YL-235A型光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)考核裝置實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書.亞龍科技集團(tuán).2008.

機(jī)械手臂設(shè)計范文第5篇

一、機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理

機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及壓力檢測裝置等所組成。在程序控制的條件下，采用氣壓傳動與電機(jī)傳動的混合傳動方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。壓力檢測裝置隨時將機(jī)械手反饋給控制系統(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.

二、機(jī)械手的整體設(shè)計方案

為了使機(jī)械手的設(shè)計簡便，機(jī)械手的手部采用了夾持型的設(shè)計，它是連桿機(jī)構(gòu)在氣缸的帶動下繞其回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)來帶動手指的開閉的，優(yōu)點(diǎn)是動作靈敏，結(jié)構(gòu) 設(shè)計簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，精度高，一定的承載能力等特點(diǎn)。

1. 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降（或俯仰）運(yùn)動。對于手臂的升降，我們在考慮到平穩(wěn)性和安全性以及升降的準(zhǔn)確性之后，決定利用絲杠進(jìn)行傳動。同時考慮到手臂的轉(zhuǎn)動以及回轉(zhuǎn)體的特性，我們在立柱底下安裝一臺小型步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)來完成機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，手臂的橫移通過氣缸來實(shí)現(xiàn)。

2. 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計。我們選擇了電機(jī)驅(qū)動和氣壓傳動，目前步進(jìn)電機(jī)的最小轉(zhuǎn)角完全能實(shí)現(xiàn)1.8°/s，的最小轉(zhuǎn)角。而且步進(jìn)電機(jī)的成本不高，進(jìn)一步增加了機(jī)械手的通用性。氣動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此也是比較合理的傳動方式。

3. 機(jī)械手的控制方案設(shè)計?？紤]到機(jī)械手的通用性，同時使用點(diǎn)位控制，因此我們采用單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。

4. 機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)

一、機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣壓方式驅(qū)動，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重

二、基本參數(shù)運(yùn)動速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)，影響機(jī)械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度

三、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 夾持式手部結(jié)構(gòu)

1.1手指的形狀和設(shè)計

夾持式是最常見的一種，本文采用兩指式夾取。

1.2手部夾緊氣壓缸的設(shè)計

（1）手部驅(qū)動力計算。假設(shè)夾起質(zhì)量最大為1KG的工件，在1s內(nèi)水平勻速直線運(yùn)動0.3m，設(shè)兩手指原始間隔40mm當(dāng)手指間隔為20mm時觸碰工件并夾緊，夾持點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的力臂大約為800mm.

假設(shè)綜合摩擦系數(shù)為u=0.15，由G=mg得G=9.8N，又G=2uF可得F=32.67N （F為手指對工件的家夾持力）

則夾持距為：M=F?S=32.67x0.8=26.13N?m

（2）確定氣缸內(nèi)徑。根據(jù)豎直臂的工作載荷以及初選的工作壓力，缸徑D可以利用下述的公式計算出，當(dāng)活塞桿收縮克服載荷做功時：

其中：D為氣缸的內(nèi)徑（m）；F1為作用于氣缸活塞上的推力（N）；P為初選的工作壓力（Pa）；n為總機(jī)械效率（當(dāng)氣缸動態(tài)性能要求和工作頻率較高時，n=0.3一0.5.

（3）水平伸縮氣缸內(nèi)徑的計算。對于氣缸伸縮運(yùn)動，利用流體的知識，v=Q/s，Q為流體流量，S為底面積，暫定v=0.05m/s，s=2πr2=2×π0.012=6.28×10-4m2，

所以Q=VS=

氣缸收縮時所承受的外力F 20N，水平伸縮的行程為30mm，伸出或縮回的時間為0.5s.

取d/D=0.5，P=0.5Mpa， =0.4代入公式得

≈0.0239m=23.9mm

2. 電機(jī)絲桿螺母傳動

底座的圓周運(yùn)動采用電機(jī)帶動齒輪傳動，機(jī)械手的上下運(yùn)動為絲桿螺母傳動和氣缸伸縮運(yùn)動。

經(jīng)過查閱市面上的伺服電機(jī)減速器一體設(shè)備的輸出轉(zhuǎn)速為1200r/min，暫定機(jī)械手的上下運(yùn)動的速度為0.05m/s左右，接下來我們計算絲桿螺距。

已知n=1200r/min即為20r/s，而v=0.05m/s。

又有，即，

四、傳感器的選取

壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器，特點(diǎn)：小型輕便、響應(yīng)快、在線性好、可靠性高。

我們選擇小尺寸微型稱重拉壓力傳感器傳感器的滿量程輸出電壓（MAX mv）=傳感器的拱橋電壓（5到15VDC的范圍內(nèi)，）X傳感器的靈敏度（例如：1MV/V或者2MV/V）

傳感器所受到的力與傳感器的輸出電壓呈線性關(guān)系滿足：Ymv=a*Xf

產(chǎn)品參數(shù)：精度：0.1%F?S；工作溫度范圍：-20～+65℃；靈敏度：1～2 ±0.1mv/v

五、機(jī)械手的控制系統(tǒng)

對于機(jī)械手，我們采用單片機(jī)進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點(diǎn)在對價格和性能的考慮下，我們選擇了80C51系列的增強(qiáng)型單片機(jī)80C522單片機(jī)。

六、結(jié)論

1.采用電機(jī)和氣缸的混合傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。同時成本低廉。

2.機(jī)械手采用單片機(jī)進(jìn)行控制，有很高的安全性和可靠性，同時也很方便去改動程序，是的機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。

作者簡介：門柯平，西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。

向順，西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。