自動分揀機械手的設計機械手的原理從本質上講就是一種工業機器通過模仿人類手臂或上肢進行移動和抓取的工業機械，它不僅能完全按照工作要求自動抓取和放置物資，亦能自動握持各種工具等用來對其進行控制操作的一種自動化工業分揀技術裝置，同時對于加快實現物流體系中分揀的完全自動化，推動促進我國現代物流行業分揀的進一步發展有著十分重要的意義。因而這也使得分揀類機械手在國際市場上逐漸具有了強烈的市場生命力,受到了從事物流分揀行業工作人員的普遍高度重視與從事機械方面工程師們的熱烈歡迎。同時，機械手在物流生產線及分揀系統中更是如此。目前我們看來，工業化的機器人分揀機械手已經演變成可以完全取代企業人工的繁重的，重復性的機械勞動，顯著減輕了企業中工人的勞動強度（例如京東物流），提高了提高工業化的自動化應用程度和工業勞動生產率，充分彰顯其運輸和分揀技術的應用優越性，因此有著廣泛的產業發展市場空間和應用前途。本論文主要研究目的是介紹研究和幫助設計開發出一種小型、廉價的自動并聯分揀物件機械手，相較于傳統模式的并聯分揀機械手來說,該分揀機械手的最大特點主要是通過基于單片機的智能控制處理技術使得各個機械手部件能夠同時具有高度智能化從而輕松實現分揀物件的各種操作，避免了重復勞動，冗余的工作步驟和程序流程等等，提高了機械手抓取物件的工作效率，特別是工作成本相對較低，而該機械手能夠很好的彌補了人力、財力的巨大投入以及整個分揀流程所耗費時間較長等諸多不利因素。因此，該分揀機械手非常適宜中小型以及民營事業管理單元的開發應用，并且同時具備良好的國際市場應用價值與企業應用發展前景。關鍵詞：機械結構；自動分揀系統；分揀流程；整體設計目錄TOC\o"1-3"\h\u【摘要】 2關鍵詞 2目錄 51緒論 71.1研究背景 71.2概述和現狀 71.3發展前景及方向 91.3.1重復高精度 91.3.2模塊化 91.3.3機電一體化 91.4國內外發展現狀分析 101.5國內研究現狀 111.6目的及意義 112總體方案設計與指標 132.1總體設計規格與相關參數 132.2總體方案設計(執行機構、驅動機構、控制機構) 142.2.1主體功能 142.2.2執行機構 152.2.3驅動機構 152.2.4控制系統 163機構分析 193.1機械手總體設計 203.1.1機械手基本形式的選擇 203.1.2機械手的主要部件及運動 203.1.3驅動機構的選擇 203.1.4機械手的技術參數列表 203.2機身的總體設計 214關鍵部件設計與校核 234.1機械手手爪的設計計算 234.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 234.1.2手抓的力學分析 244.1.3機械手手抓夾持精度的分析計算 265結論 276總結與展望 28參考文獻 29

1緒論在當前社會的發展環境之下，我國的經濟得到了高效迅猛的發展，國家為物流行業及各個物流領域中小型企業提供了大量的支持，隨著國民生活品質的提高，日益增加的工作效率和人們對快遞行業的需求越來越高，分揀過程中的物件大量增加，在分揀過程中對物件分揀的速度和時效的要求也隨著人們的需求日益升高，與此同時也出現了一些新的用于物流分揀作業上的產品，在這些生產活動中，有些是屬于高危險的，對人體傷害較大，有些分揀領域不適宜人類工作，機械手則正好適應這類工作。機械手又可稱為工業機器人，是工業機器人中必不可少的一部分。在當今超大規模的物流業和制造業中，企業為提高運輸速度和生產效率效能，為重點保障產品質量，因此普遍重視物流行業中分揀和生產過程的自動化程度，工業機器人作為自動化運輸線上的重要成員，逐漸被企業所認同并采用。而機械手的技術水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業自動化的水平，目前，機械手主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動強度極大的工作，而搬運機械手的角色尤為重要，它掌握著物流行業的核心命脈。1.1研究背景機械手是模仿人手部分動作的一種擬人電子機械裝置，普遍的機械手都是通過專業運動控制卡來控制的，而簡單的運動控制可以通過PLC控制，根據給定的程序、軌道跟蹤和規定，可以實現區分辨認，自動捕獲，運輸或手工操作的自動化技術的機械設備。通過在電源電路中配備有獨特功能的傳感器，可以實現快速響應的能力以及針對環境條件和性能目標對其機械設備的性能進行特定分析的能力。機械手還具有長時間連續工作的能力，具有很高的精度，并能抵抗極端環境。在某種程度上，它是工業生產機械設備演變的全過程的材料。此外，它是工業生產和非工業界的關鍵生產和服務機械設備。它是智能制造技術領域中不可缺少的自動性能機械設備。在生產中使用工業機械手可以提高生產的自動化技術水平和勞動生產率，減輕勞動效率，確保產品質量并實現安全生產。特別是在高溫，高壓，超低溫，低壓，煙霧，易燃易爆，有害氣體和放射性物質等極端環境下，工業機械手可以在所有正常工作中代替所有人。在此階段，PLC程控機械手已廣泛用于機械加工和制造，沖壓模，鑄造，鍛造，電焊，熱處理，電鍍，噴涂，安裝，輕工業和運輸。1.2概述和現狀本次畢業論文設計的機械手本就是一種模擬人手操作的自動機械裝置。它可按已經編輯好的程序進行物件的抓取、移送、搬運等或直接使用一個操控器用來同時執行一些特殊的遙控操作。就目前的研究表明，應用式自動工業分揀用機械手已經完全地可以代替其他生產方式的各種人力所能及需要所能承擔的單調、重復或繁多的各種體力勞動，實現了目前我國現代工業生產及日常運營管理過程中最為集中的一種新型工業生產機械化和生產自動化，代替了其他在有毒有害或污染惡劣環境下的任何一種傳統式工業機械手也能進行的分揀和生產工作，改善了職工勞動條件，保障了職工人身安全，因而該一種類型的自動化分揀機械手可以被廣泛地應用于各種工業機械制造、冶金、電、輕工、原子能等部門的分揀環節中。20世紀40年代后期，最開始美國在做模擬人手方面探究的實驗中，造就了分揀機械手的誕生。最初的實驗是首先嘗試使用分揀機械手來移動和搬運一些普通的物件代替多余的人力勞動，讓工作的員工們可以在安全間操控機械手來進行各類工作和各項實驗，用于做一些簡單的運輸工作，節省人力50年代以后，分揀機械手逐漸推廣至物資物料生產單位，開始用于搬運有毒放射性的材料工件和裝卸材料工件在高溫、大氣污染較多的地區取放，這些工件是一種可以直接裝卸的工具，也被廣泛作為機床、自動化生產線及其他加工中心的輔助設備，完成基本材料分揀，最終按照一個固定的程序進行更換。機械手主要由負責抓取和放置物件的手部和其他運動機構及底座支架組成。手部主要用來抓取物件，按照系統要求放置物件，而根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，①夾持型機械手、②托持型機械手和③吸附型機械手等。對于其他運動機構來說，則是支持并協助手部完成各種轉動、擺動、移動或復合運動來實現人們規定的動作需求，最終改變被抓持物件的位置和姿勢。而運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，則需有6個自由度來整體實現機械手多方位抓取的目的。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度數越大，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般的專用機械手有2，3個自由度。機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式和機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。1.3發展前景及方向1.3.1重復高精度對于機械手的精度的主要定義是我們用來指定一個自動機器人、亦或或者是一個機械手機械臂在運動過程中到達一個具有指定位置時的運動精度，它與機械驅動器的精度分辨率和精度反饋控制設備等諸多因素密切有關。重復精度是指如果動作重復多次，而且這種機械手臂還能夠保證達到相同操作位置時的操作準確度。而重復的定位精度校正相對于單獨的定位精度而言更為重要，如果一個定位機器人的自動定位出現錯誤或者不夠準確，通常就系統會在手機屏幕上自動顯示一個固定的定位誤差，任何誤差都不能夠直接可以被預測計算出來的，因此完全可以直接通過軟件編程操作方式等來進行校正。重復運動精度所需要的限定誤差值范圍就是一個隨機誤差精度范圍，它通過一定的運動次數重復精度產生一個維度。隨著我國現代機械微電子運動技術和其他現代遠程控制技術的飛速進步和不斷發展，機械手在實際操作過程中的運動重復性和操作精度必將變得愈加突出，其技術應用領域范圍也必將更加廣泛，除了在物流分揀過程中保證誤差的大幅減少之外，在其他領域也有很大的進展，例如在我國核工業和其他軍事武器技術中。1.3.2模塊化有的物流分揀流程將采用帶有一個較大系列的各種導向式機械驅動器和各種控制驅動裝置的機械手，連接起來稱為簡易機械傳輸技術。模塊化的分揀機械手促進了相同類型的機械手在設計過程中，它們的特點是可以因為各種原理和技術的需要而產生不同類型的模塊，擴大了各種機械手在設計中的應用領域，這也是目前機械手的一個重要發展趨勢。1.3.3機電一體化現如今，分揀機械手已經不單單只是一個單獨的機械裝配，而近幾年新誕生的機械手樣式也不再是結構單一，且無法靈活移動和夾持物件重量過低的傳統老式機械手了，控制機械手進行分揀操作的則是控制系統。本畢業設計計劃應用由“可編程序控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統，該組合仍然是自動化技術的重要方面；嘗試將傳統液壓控制技術從普遍的“開關控制”逐漸發展為高壓低精度的“反饋控制”；是節省配線的復合式集成系統，不但大大減少了系統配線、供電連接管道和相關元器件，而且系統安裝方便拆卸簡單，大大程度提升了系統的工作可靠性。而今，電磁閥的驅動線圈直接輸出電壓功率已經越來越低，而一個plc的驅動線圈直接輸出電壓功率也在不斷增加，由一個PLC直接電壓驅動出的線圈就會因此大大提高其可能性。隨著我國現代科學，工業信息和電子信息技術的快速發展和持續進步，機械手的關鍵應用領域正在逐步擴大。在這一階段，機械手不僅廣泛應用于當今我國各種傳統機械加工行業，如石油勘探，冶金工業，石油，有機化學，船舶等工程設計應用，而且已經逐步發展并逐步擴大它的營銷面向我國的各種高科技應用，例如核能發電，航空，導航，制藥，生物化學等，以及城市居民的清潔，醫療保健和其他公共服務。在服務行業的應用領域。另外例如，水下打撈工具與管理機器人，拋光打磨工具與管理機器人，打磨的毛刺管理機器人，擦一擦就刮擦的玻璃管理機器人，高壓運輸電纜線上的特殊作業管理機器人等各種新型軍事工業機器人均特別是利用機械手在軍事工業上面的應用最為典型。機械手被廣泛地應用于各行各業。而且，隨著工業現代化和人類社會物質精神生活質量水平的進一步提高和人類社會性的經濟性和文化財產生活的日益豐富多彩，未來各種類型的機械手會進入到我們的生活中，而分揀機械手除了在控制系統會迭代更新，自動化水平會更上一層樓以外，最重要的則是分揀機械手本身的結構和使用材料將會越來越適應更高的需求，分揀能力也會逐步提升，與自動化控制系統相結合，其專業性會不斷地貼近我們國家對物流分揀及運輸方面的期望，其應用市場將蓬勃興旺。1.4國內外發展現狀分析分揀機械手的這些主要優點和基本特性都是非常顯而易見的，相對于其他機器人，它們往往不僅能夠更精確而且完全無需不知疲倦地持續進行機械工作，簡單來說，機械手幾乎可以用在一切需要大量重復勞動的場合。隨著科學技術水平的不斷發展，機械手已經成為柔性制造系統(FMS)、自動化工廠(FA)、甚至成為計算機集成制造系統(CIMS)的自動化工具。在發達國家中，自動化模式下的機械手已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。除物流分揀外，國外汽車行業、目前在電子電器制造行業、工程機械等領域，我們已經大量采用了機械手，以此來保障其產品質量，提高其生產效率，同時也避免了一些工傷事故。目前全球諸多地區和國家對于自動化機械手的應用與實踐都表明，機械手的廣泛使用與發展表明，機械手在我國的廣泛應用是一種可以實現企業和社會生產經營管理效率，推動整個企業和社會生產能力的發展。雖然中國的自動化模式機械手生產及使用也在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。機械手很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機械手和機器人產業發展的一個重要瓶頸。自動分揀系統目前在國外同時期行業的技術相當成熟，但是由于其建設費用和維修成本相對較高，所以維修困難。而國內同時期行業針對物流配送中心的規劃建設在探討的過程中，都還遠遠不夠成熟；國內的實際應用水平，只有當時的郵政物流服務系統中得到了較好的運用，而其它行業卻不太合適。所以對于其他物流體系的科學研究以及它們的設備研究，都可以說具有很重要的意義。這樣不僅有效地節約了公司的人力資源，而且被廣泛運用于鐵路客運列車行包辦公、食品工業、造紙產品、化學制品、機械制造、超市配送中心、配送、出版社等各種行業中。在一些物流量高度發達的國家，物流數量非常多，其中大量物品都是需要進行分揀之后才可以被分配給客戶去實施，所以歐美各國和日本都采用了許多種類的分揀系統，從而完成了分揀這一繁瑣而又枯燥的任務。而在我國物流工具制造行業迅猛發展的今天，自動化分揀裝置就占據了十分重要的位置。長期以來國內的分揀工藝和技術較為落后，一定的程度上嚴重影響了我國現代化物流行業的生存和發展，亟待大量引入一種高速而有效的分揀裝置，自動化分揀的機械手也正是符合這一要求。1.5國內研究現狀對于國內來說，目前市場上的主要自動分揀設備在操作過程中，某些環節還需要有人工的參與，但作業強度已越來越小，完全由機械完成分揀作業。[1]機械化、自動化、智能化成為現代分揀系統的主要特點。而現在的自動分揀設備類型多樣，分揀效率更是達到了高效、快速、穩定、高質量的水準，這也是科技促進設備發展的結果。[2][3]現階段就國內市場而言，主流自動分揀設備在操作過程中，某些環節還需要有人工的參與，但作業強度已越來越小，完全由機械完成分揀作業。機械化、自動化、智能化成為現代分揀系統的主要特點。[4]而現在的自動分揀設備類型多樣，分揀效率更是達到了高效、快速、穩定、高質量的水準，這也是科技促進設備發展的結果。[5][6]快遞自動分揀設備引領傳統物流行業進入智能化發展階段，[7][8][9]高性能的分揀機器人可以適用于不同場景的分揀任務，備受快遞企業的青睞，成為物流科技發展的新亮點。[10][11]伴隨著物流服務需求的不斷增長，自動分揀的效率會越來越好，分揀技術也會更智能、更人性化。[12]1.6目的及意義現代化的計算機網絡科學和信息技術的確是一場新型產業革命，將整個西方世界的知識經濟由傳統資本主義經濟模式引入并帶到了現代知識經濟的新發展時代。在現代電子信息世界的各個領域，從20世紀時代中的一個新型無線電通信時代也已經開始直到進入21世紀以家用計算機和其他信息電子技術應用為設計核心的一個現代化和智能化新型家用電子系統時代。而傳統的機械手控制系統則逐漸發展成熟到與電腦進行互聯，使得機械手控制的系統變得更加的智能化，操作也變得更加簡易方便。隨著工業自動化的進一步發展，機械手(或稱工業機器人)的應用將更加普遍，尤其隨著我國的物流行業和倉儲行業的進一步發展，西歐、日本、蘇聯和中國等偏遠地區的機械手也已經開始了百花爭放，未來整個人類經濟社會將不斷更新各種各樣的新型分揀機械手。本項目中所設計的自動分揀機械手隸屬于搬運機械手。所謂的搬運式機械手，就是把一個機械手直接安裝到一個移動式的平臺之上。這種架構使得機械手具備了很大的可以移動操縱空間及較高的運動冗余性，并且同時還具備了移動和可以操縱的功能，這樣會使它比其他傳統機械手更加優于現代化的機械手，因此在危險工程作業、制造商、服務業等領域具有廣泛的應用和發展前景。但由于其結構復雜、強耦合、非線性、不完全等諸多技術問題的出現，都已經使得我們對于搬運式機械手進行研究更加具備了相當的挑戰性。機械手設備就是一種通過模仿人手活動的某些操作行為，按照它們給定的操作程序、軌道和時間要求運動來操作實現自動化的捕捉、搬移或者手動操作的一種小型自動化工業機械設備。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅作為機床的上下料裝置，是附屬于機床的專用機械手，只是單純且簡單的機械裝置，無法通過控制系統來進行控制，所用材料均不是最佳選擇，手爪的抓力是最核心因素，在受力過程中穩定性不夠，因此抓取物件在搬運的過程中會出現各種各樣非常多的安全隱患即無法投入到物流體系中來緩解人工勞動壓力。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱普通機或通用工業機器人。在廣大的物流體系中，分揀作為重中之重，既要確保每一件物品能夠準確無誤的按照要求分揀到指定位置又要確保機械手在夾取物品時產生的抓力不能損壞物件，同時機械手在重復勞動的過程中也要確保自身保養情況，不因為設計問題出現偏差導致整個分揀流程都會受到影響。現如今由于一般的小型通用式自動機械手都已經可以迅速地根據控制系統需求自動改變其分揀工作流程，適應能力比較強，所以它被廣泛認為已經是在不斷地通過變換各個行業生產品的種類和各個大型號的小批量自動化的機械生產工藝過程中已經獲得了廣泛的經濟應用。2總體方案設計與指標2.1總體設計規格與相關參數對于使用自動化分揀生產線過程中的分揀機械手和物料分揀管理單位的基本技術需求就是將兩個分揀單位有效地相互配合聯系起并連接在一起，通過各種溫度傳感的元器件和中央空調的排氣缸等，能夠迅速、準確地自動執行物品搬運和物料分揀。設計管理自動化分揀生產線的員工機械手和其他分揀作業單位的員工設計管理原則上要擬定最合理的作業工序和工藝，并滿足系統功能要求和環境條件；明確工藝流程中的各種模塊數量和分布，使得在充分考慮到滿足需要的條件基礎上，讓各種元器件在每一個模塊，各種元器件在每一個單元中都能夠具有最合理的位置，從而進一步地確定了對于自動化分揀線的結構要求和運行管理控制的技術要求；在設計過程中，計劃選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現柔性轉換和編程控制。本次設計的自動分揀機械手及分揀單元是為了實現通過模塊的組合促進流水線的順利運行，幫助整個物流體系的高效運行。參數說明：抓重：0.3千克；工件尺寸：Φ40mm，厚40mm?定位精度：±1mm；控制方式：①首選點位程序控制（簡易且方便，相較于控制卡控制更具有其獨有的創新意義）?機械手橫移最大距離為800mm。2.2總體方案設計(執行機構、驅動機構、控制機構)2.2.1主體功能設計出如圖2-1所示的簡易工作臺圖2-1機械手系統構成簡易圖本圖為最初設計出的簡易模式分揀機械手，由此可見，分揀機械手部分作為兩條傳送帶之間的橋梁進行多向運作。底座為圓柱型，依靠曲柄連桿旋轉機構進行運動，向外抓取物件，再通過已經準備好的自動系統進行準確的抓取，減少誤差。手臂部分可延伸，由手爪進行物件的準確抓取。在該機械手運作的基礎上可實現：在工作啟動時按住運行按鈕，傳送帶A和B將開始工作。當光電開關檢測到工件時，傳送帶A電機停止運行。繼電器工作時，手臂會下降，而下降并到達下降限位開關接近開關，手臂停止下降。夾緊正在工作的繼電器，并夾緊工件。大約2秒鐘后，機械手臂會上升。當高繼電器工作時，機械手上升并到達上限開關并接近該開關。繼電器工作時，電機向左轉。機械手將電動機向左旋轉，然后將工件傳送到傳送帶B上方，機械手向左旋轉，并向左按下行程開關。旋轉電機以終止操作。另外，機械手下降并到達限位開關接近開關。機械手停止下降并釋放工件以釋放工件。大約2秒鐘后，機械手上升并到達限位開關接近開關。傳送帶B的馬達工作，傳送帶B推動工件運行，機械手將馬達向右旋轉，機械手向右旋轉以按下向右行駛開關，傳送帶B馬達停止運行，并且傳送帶電動機再次開始工作，系統運轉機械手便可以循環工作。2.2.2執行機構即直接抓取工件的部分，因為與物件接觸的方法會有所不同，因此它可分為兩種類型，即夾持式手和吸附式手。在該設計項目中，采用了夾持式手部機械結構。夾持式手部由機械手爪和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型。回轉型手指制造容易，成本較低，故應用較廣泛，本設計決定采用回轉型。手部多為兩指（也有多指，本設計采用兩指）；機械手指指形也有不同設計，常用的指形有平面、V形面和曲面，本設計采用平面方式；另外，根據需要分為外向握法和內向抓法兩種，本設計采用外向握法。如上圖所示。2.2.3驅動機構驅動機構是該分揀機械手的重要組成部分。根據動力源和具體方面應用的不同，分揀機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。而由于機械手本來就是機器人領域中的一個重要亮點，而與其它驅動方式相比較，液壓機械手具有傳遞動力大、傳動平穩性高等優點。本驅動機構計劃采用液壓驅動，所有動作都可以通過液壓實現。如實物圖2-2，圖2-3所示：圖2-2液壓驅動夾持型機械手圖2-3液壓驅動夾持型機械手2.2.4控制系統本次畢業設計由于采用的是可以進行自動化過程分揀運輸工件的自動分揀機械手，所以必須肯定做到最終設計出的機械手實行的是自動化過程控制。經查閱文獻，親身到達京東集團物流分揀中心觀察和仿真模擬實驗表明，PLC技術可以充分運用于該機械手的設計中，使該機械手能夠順利投入市場進行運作，使其擁有自動化水平。特點是以可編微處理器為系統設備設計核心，主要具有系統整體上設計結構簡單、容易進行編程、性能優越、可靠性高、靈活通用和安全使用方便等一系列基本特征。PLC技術已被廣泛地成功應用于高壓電磁閥流量控制等諸多方面。所以，對于這個需要分揀的工業機械手來說首先能想到的方法就是plc技術。采用這種自控技術不僅能夠靈活地讓操作人員按照程序設定機械手工作和使用機械手對其進行手動操作，而且這種操作方法節省時間成本、資金成本和勞動成本，操作簡單方便；第二，PLC自動控制器的穩定運行性和穩定性良好也是其最終能夠成為各種工控系統選擇的重要一個原因。因此本設計計劃采取三菱FX2N-48MRPLC。（查閱參考文獻【17】和參觀了解京東物流科技分揀工程得出該結論）控制系統設計在這樣一條完全自動化的貨物生產線上，由一只分揀機械手把連在a傳送帶上的每件貨物通過傳送帶接到一條連在傳送帶上的b上。機械手的整個手臂上升、下降、左轉、右向和左旋轉、夾緊、放松等各種動作分別主要是通過采用電磁閥自動控制的機械液壓動力傳動系統來來進行傳動工作，并用自動限位控制開關和自動光電開關系統來自動檢測各種使用機械手進行運動的身體狀況和周圍物件的運動位移。傳送帶上的a、b都可以是由三相驅動鼠籠式異步高速電動機組來進行高速驅動。對于這些電動機也一定要及時做好一些相應的安全防護。PLC（I/O）分配輸入元件輸入繼電器輸出元件輸出繼電器啟動開關A0上升電磁閥B1關閉開關A1下降電磁閥B2復位開關C10左轉電磁閥B3上升限位開關A5右轉電磁閥B4下降限位開關A2夾緊電磁閥B5左轉限位開關A3傳送帶A電機B6右轉限位開關A4傳送帶B電機B7光電開光A6復位電磁閥C4液壓馬達BO輔助繼電器C10，C11，C12表2-2① pb1、pb2系統電路總線和總控制開關，繼電器AO、A1② PS1工件檢測光電開關，繼電器A6③ LS1控制機械手的夾緊與放松，繼電器A5④ LS2控制工作臺的向左旋轉和向右旋轉，繼電器B3、B4⑤ LS3控制工作臺的水平上升與下降，繼電器B1、B2⑥ 圖上省略左轉和右轉（A3、A4）、上升與下降限位開關(A5、A2)以及傳送帶A、B電動機(B6、B7)、液壓馬達（B0）程序設計左轉上升夾緊下降原位左轉上升夾緊下降原位 松開下降上升右轉松開下降上升右轉圖2-3上圖為實現自動化控制所畫的操作流程圖，根據上圖2-3可以輕松的設計出如下的梯形圖：圖2-4自動化流水梯形圖如圖2-4可知，這個程序是嚴格按照設計要求來編的，程序中加入的M4輔助繼電器起到復位作用，啟動開關是X0，停止開關是X1，程序中還加入了兩個計數器C0、C1。其中計數器C0對下降限位SP2(X2)計數，從而實現機械手到達二號（B）傳送帶時松開機械手放置物品的控制。計數器C1對上升限位SP1(X5)計數，從而實現機械手在松開機械手放置物品以后上升第二次壓到上升限位SP1(X5)的時候實現右轉的控制。3機構分析3.1機械手總體設計3.1.1機械手基本形式的選擇常見的分揀機械手依據手臂的運動形態來定名稱和用途，按坐標形式大致可以分為以下4種:(1)直角坐標型機械手；(2)圓柱坐標型機械手；(3)球坐標（極坐標）型機械手；(4)多關節型機機械手。經多次查閱資料及在實習單位親身調研，其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，旋轉移動起來更方便，直觀上講更適用于物流分揀作業中，因此本設計采用圓柱坐標型。3.1.2機械手的主要部件及運動對于一個圓柱坐標型分揀機械手來說，根據參考文獻【24】得知，該自動化模式下的分揀用機械手的設計需要的基本要求，基本目標和技術任務，為了滿足所設計需要的基本要求條件，據實際觀察，本論文計劃所設計的機械手都應該至少具有5個自由度既：手抓張合；手部回轉；手臂伸縮；手臂回轉和手臂升降5個主要運動。本設計機械手主要由4個大部件和5個液壓缸組成，分別是①手部，采用一個自動垂直線狀的圓形液壓傳動氣缸，通過整個傳動液壓機構的固定運動角度來輕松完成腕和手部的抓張力配合；②對于腕和手部，采用一個自動定向回轉式的圓形液壓傳動氣缸后就可以輕松實現整個手部的自動回轉180°；③臂部，采用直線缸來實現手臂平動50mm；④機身，采用一個直線缸和一個回轉缸來實現手臂升降和回轉。3.1.3驅動機構的選擇驅動機構本身就是分揀機械手的重要一個組成部分，而機械手的性能和成本費用等等對它來說有著巨大的影響，這主要依賴于它所采用的驅動設計方案和它們所配備的裝置。根據動力源和應用市場的不同，分揀機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、以及電力與動力機械聯合驅動四類，本畢業設計的是一種以機械液壓驅動為驅動機構的專用機械手，它的性質具有機械結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便、驅動控制能力強等主要特征。所以，用于物流分揀中的機械手為保證工作效率，運輸速度，液壓驅動則是不二之選。3.1.4機械手的技術參數列表一、用途：搬運：用于快遞物件搬運二、設計技術參數:1、抓重：6kg(夾持式手部)2、自由度數：6個自由度3、座標型式：圓柱型底座4、最大工作半徑：160mm5、手臂最大中心高：100mm6、手臂運動參數：伸縮行程650mm伸縮速度400mm/s升降行程250mm升降速度200mm/s回轉范圍0~270°回轉速度60°7、手腕運動參數：回轉范圍0~270°回轉速度90°8、手指夾持范圍：棒料：90~160mm片料：面積不大于1㎡9、定位精度：±1mm3.2機身的總體設計按照機械設計的基本要求，機械手臂就需要通過設計實現能夠回轉180°的四個回轉方向運動，實現機械手臂的回轉運動的機構通常設計在機身處。為了找到能夠通過設計分析得到合理的各種人體運動機械部件，就常常需要對此進行各種綜合合理地設計考慮，分析。機器人身上支撐著一個手臂，作為回轉，升降等運動，它們是機器人的重要部件。常見的機體結構主要有以下幾類:將自動回轉器的氣缸位置放在自動升降后的懸架結構中。該類殼體結構的最大優點之處在于它不僅能夠同時需要承受更多的重力偏重和更大力矩。其中的缺陷主要表現在于傳動回轉式電機運動時由于電機傳動軸與電機的回轉路徑距離很長，而且傳動花鍵軸的運動變形常常會給傳動回轉式電機運動時的精度提高帶來很多的不良影響。將兩個回轉式的氣缸全部放入并移到自動升降機臺面之上。該傳動系統的外部結構設計選擇了一個單缸導向活塞桿，內部傳動為單缸導向，結構緊湊。但是，由于回旋式氣缸和機械手臂的運動的一部分可以形成高速升降機，所以用于運動的機械部件的總數很大。活塞桿氣缸和齒條齒輪機構。臂的旋轉必須根據齒條齒輪機構完成：齒條的往復運動立即推動與臂連接的齒輪，使其在緊密協調的情況下作往復旋轉，從而使臂可以上下移動順利。圖3-1分揀機械手CAD樣式圖分析：經過多次驗證后綜合分析思考，本文的設計方案選擇了將回旋缸直接放入升降缸之上。本畢業設計設計的新型機身向兩個不同方向平行運動，機身橫向回轉及機體升降兩個不同方向。如圖2-1所示，可回轉式運動的機構機身是一種可裝置于活動升降機主氣缸之上的活動機身。手臂滑動部件通過手臂回轉時氣缸上部的端蓋下部進行滑動連接，回轉時氣缸下部的滑動片通過回轉缸體上部進行滑動連接，機械手手臂根據缸體情況進行回轉運動。回轉缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿全部結構采用空心，內部安裝有一個空心花鍵軸護套和一個空心花鍵軸相互配合。這種新型的機械傳動結構主要特點是由于導向桿直接位于內部，結構緊湊。驅動控制機構主要采用電動模式下的液壓驅動，回轉進入氣缸通過兩個驅動輸出兩側油孔，一個是進油孔，一個是排油孔，進油口的兩側分別通向氣缸，使其旋轉到氣缸驅動器葉片的兩側，然后合理地完成了旋轉氣缸和驅動器葉片的雙重旋轉。旋轉的旋轉角度通常取決于擋塊的旋轉尺寸級別，以做出性能決定。對于這種刀片設計，每個人都必須考慮可以在兩個旋轉刀片之間連續旋轉的角位置和旋轉角度。為了更好地滿足該刀片設計的性能要求，在這種設計中，可以適當地選擇旋轉轉子和兩個靜態板之間的旋轉角度以旋轉180°。4關鍵部件設計與校核4.1機械手手爪的設計計算4.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設計是平動搬運機械手的設計，手爪的作用是整個分揀機械手所有結構中最重要的部分，也是直接直觀上決定了機械手最終設計的是否成功，考慮到所需達到的原始參數：手抓張合角=，夾取重量為6Kg。常用的工業機械手手部，按握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類。對于吸附式機械手來說，常用于吸附工件表面平整、面積較大的板狀物體，應用廣泛程度不如夾持式機械手，因此不適合用于本方案設計。本自動分揀機械手采用夾持式手爪，夾持式的運動機械手根據其進行運動時的方式大致來說可以將其劃分兩類為縱向旋轉型或者來說是橫向平移式。平移型夾持手指的手掌張開或者手指閉合主要是手指依靠一只手指在一個平行物體上方的移動，這類型的手指由于整體結構簡單，適用于直接夾持一塊放在平板上的任何方料，且由于夾持工件的材料徑向移動大小和在尺寸上的變化并沒有直接因素影響工件到其材料中心和夾點的移動位置，其理論夾持誤差零。但是若是要采用一種非常典型的自動水平移式機械手指，驅動力必須不需要被附加到驅動手指水平移動的各個方向上，這樣就可能會直接導致手指結構更加復雜而且運動體積巨大。顯然這種選擇類型的值是不恰當的，因此我們也許可以重新選擇該值的類型。通過綜合考慮，本設計選擇兩根機械手指的回轉型手抓，采用滑槽杠桿這種結構方式。夾緊器的兩種選擇中第一種通常用的是手指分開彈簧夾緊器，它在此時彈簧的手指動力加大作用下由于此時機械手的手指動力加大使此時人們的手指被握住和，在機械壓力和壓力油的推動作用下，彈簧被壓縮，此時機械手指可以張開。圖4-1機械手機身結構示意圖/proe圖4-2機械手手爪示意圖/proe4.1.2手抓的力學分析接下來對其基本結構進行力學分析：①滑槽杠桿圖4-1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結構。(a)(b)圖4-1滑槽杠桿式手部結構、受力分析1——手指2——銷軸3——杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交F1和F2的延長線于A及B。∵∑Fx=0∴F1=F2（4-1）而由∑Fy=0得F1=F2cosαF1=-F1’（4-2由=0得h（4-3）∴F=（4-4）式中a——手指的回轉支點到對稱中心的距離（mm）；——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角。由分析可知，當驅動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好的取值范圍在30°到40°之間4.1.3機械手手抓夾持精度的分析計算機械手的抓取精度控制設計一般要求對移動工件的抓取定位精度準確，抓取移動精度高，重復抓取定位的移動精度和工件移動時的穩定性良好，并必須具備工件足夠的重復抓取移動能力。機械手如何掌握能否準確地快速夾持大型工件，把這些大型工件快速傳遞或達到其需要指定的工作位置，不僅主要直接取決于一個機械手的夾具定位精度(主要由其對手臂部、腕和背部等各種大型運動機械零件的定位大小精度決定)，而且還與一個機械手對夾具支持的定位誤差敏感程度及其大小密切關聯相關。特別是在各類多功能品種的中、小批量工件生產中，為了能夠適應每個工件的最大尺寸在生產規模上一定很大程度內的發生變化，一定都需要對每個工作臺的時間長度進行相當大的質量夾持和精度測量。圖4-3手抓夾持誤差分析示意圖該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持范圍為80mm-180mm。一般夾持誤差不超過1mm，分析如下：工件的平均半徑：（4-5）手指長，取V型夾角偏轉角按最佳偏轉角確定：（4-6） 計算：（4-7）當S時帶入有： （4-8）∴夾持誤差滿足設計要求。5結論就控制系統簡單來說，該分揀機械手的設計所匹配的plc系統能夠發揮強大的自動化分揀能力，可以根據物體的大小，顏色進行現場調試從而快速的進行調整和分揀。該系統具有良好的開放性能，可用來分揀材料、零件、工具等不同種類的物件；為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專用系統。而本論文設計的自動分揀機械手，主要適用于從事大批量或者小規模的大型工件分揀和裝配工作，尤其在物流運輸線和生產線中最為突出。機械手需要采用的結構和動力驅動都被認為是一種精度很高，適用性好的元器件。所需要采取的plc可編程控制器也就是簡單容易操作，在工廠的現場實際生產操作中，可以起到很大的功能。這套裝置的設計精妙，維修方便，即使只是經驗不夠豐富的專業一線作坊技術人員均能在設備上處理簡單的故障情況，從而能夠進行迅速有效地緊急維護。這種裝配電池設備所需要使用的原材料等同樣也是價格低廉，方便了各個小型加工廠大批量購置，對于生產的實際過程中也可以起到非常重要的促進作用。這套分揀設備的全部設計是直接采用一種模塊化的結構設計，從而把傳統的機械組成部分直接進行延伸到其它方面的設備組成部分，方便于快速安裝，等同于為了方便于快速適應各種各樣各類工件的分揀，而如果在后期內部加上了一些新型的光電質量檢測和元器件分揀開關，那么就等于可以更加有效地對更多不同工藝品種的各類工件分揀進行高效快速的工件分揀安裝操作，方便于快速適應不同工件生產廠家的不同工藝要求，后期的可持續性和開發性會越來越好，實用性和后期適合性的范圍也是非常寬泛。6總結與展望經過這次的畢業設計整個流程走下來，我的收獲相當大，在整個實踐環節中我學到了很多知識，同時也提高了自身的實踐能力。在這次的設計中我們也發現了很多的問題，對于工作中出現的一些問題，我們都嘗試翻找了很多相關專業的書籍進行了學習，查閱各種各樣的文獻，明白以前所學的大部分都是一些理論性極強的東西，寫過的課程論文等等都是研究的皮毛而已，而此次畢業設計卻是一個實際可以運用的設計。與此同時對應查找了許多相關資料，和指導老師進行了討論。理出基本的結構框架，研究背景、目的及意義，再查閱并匯總機械手的發展現狀和前景，思考為什么物流體系中離不開分揀機械手，機械手又是如何讓它在自動化模式下進行運轉的，用什么控制系統達成機電一體化比較合適且減少成本。一個完整的思路形成后投入實踐，分析設計指標，計算具體機構所形成的力，分析出機械手在PLC的作用下分揀時所具有的屬性和特點，最后得出結論。以前我們所學到的知識再經過時間的打磨之后進行總結和歸納，對于機械類和電子工程等各種專業的知識也都要分別去總結，唯