1319-機(jī)械手PLC控制機(jī)械手設(shè)計,機(jī)械手,plc,控制,節(jié)制,設(shè)計 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 34 頁驅(qū)動部分傳送機(jī)構(gòu) 控制部分 行程檢測裝置手部 傳感裝置被傳送物件1 緒論隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。1.1 機(jī)械手及其組成1.1.1 什么是機(jī)械手機(jī)械手是一種能模仿人手臂的某些動作功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手是工廠企業(yè)高度自動化的標(biāo)志，它能完成許多高技術(shù)難度和繁重的體力勞動，尤其對于高溫、高壓、高濕度、污染等不適宜以人工工作的環(huán)境中，機(jī)械手起到了不可取代的作用。1.1.2 機(jī)械手的組成機(jī)械手的組成及其相互之間的關(guān)系如圖所示。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)以及位置檢測裝置等組成。（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)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)。1、手部 即與物件接觸的部件。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 34 頁重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。4、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)動和升降（或俯仰）運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。5、行走機(jī)構(gòu) 機(jī)械手為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴(kuò)大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機(jī)構(gòu)。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機(jī)座 它是機(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)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。7、其它部分 行程檢測裝置和傳感裝置等。行程檢測裝置是檢測和控制機(jī)械手各運(yùn)動行程（位置）的裝置。傳感裝置其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的位置是否準(zhǔn)確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)。（二） 、運(yùn)動機(jī)構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動） 、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 2～3 個自由度。1.2 機(jī)械手的分類㈠、按機(jī)械手的使用范圍分類：⑴ 專用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線，用以自動的傳送物件或操作某一工具。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。⑵ 通用機(jī)械手（也稱工業(yè)機(jī)器人）即指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動的控制系統(tǒng)，又不從屬于某種機(jī)器，而能自動地完成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。㈡、按機(jī)械手的驅(qū)動方式分類：⑴ 液壓驅(qū)動機(jī)械手 以壓力油進(jìn)行驅(qū)動。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 34 頁⑵ 氣壓驅(qū)動機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動。⑶ 電力驅(qū)動機(jī)械手 直接用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。⑷ 機(jī)械驅(qū)動機(jī)械手 是將主機(jī)的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動方式。㈢、按機(jī)械手臂力大小分類：⑴ 微型機(jī)械手 臂力小于 1 公斤。⑵ 小型機(jī)械手 臂力為 1～10 公斤。⑶ 中型機(jī)械手 臂力為 10～30 公斤。⑷ 大型機(jī)械手 臂力大于 30 公斤。㈣ 按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其它部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的主要目的：一、可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度。應(yīng)用機(jī)械手，有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作時有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏進(jìn)行生產(chǎn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 34 頁綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手，使發(fā)展工業(yè)的必然趨勢。1.4 機(jī)械手的發(fā)展概況1.4.1 對機(jī)械手的一般要求：1、 降低機(jī)械手的成本 為了擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍，必須降低機(jī)械手的成本。據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械手電氣控制裝置所占成本的比重較大。2、 品種多樣化 為了適應(yīng)不同工作的需要，應(yīng)使的機(jī)械手的品種多樣化，用機(jī)械手代替更多的人的手工勞動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。特別是那些工作比較單一、重復(fù)性很大而工作條件又較差和勞動量較大的工種，更應(yīng)注意設(shè)計和使用各種類型的機(jī)械手。3、 零件、部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化 為了加速擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)盡量縮短其設(shè)計和制造周期。這樣，就要求機(jī)械手的某種零件、部件(如手部、臂部等）系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。然后，即可根據(jù)具體工作的需要，將這些零件、部件（或再相應(yīng)地增加一些其它零件、部件）進(jìn)行組合，組成需要的機(jī)械手。當(dāng)然，這樣的機(jī)械手還應(yīng)保證組合方便，一旦工作變更時，就能迅速而順利的重新組合。4、 產(chǎn)品性能應(yīng)準(zhǔn)確可靠 機(jī)械手的重要技術(shù)指標(biāo)之一，就是其性能應(yīng)穩(wěn)定可靠。為此，要求設(shè)計合理，元件穩(wěn)定，制造精確。1.4.2 機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢機(jī)械手是機(jī)械、電子、計算機(jī)、液壓液力與氣壓傳動等多學(xué)科高新技術(shù)融合的成果，是當(dāng)代技術(shù)進(jìn)步的典型范例。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其它機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)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(dú)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。專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣壓傳動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。氣動技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)已被接受。由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 34 頁合，以及周邊技術(shù)的成熟，在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，氣動機(jī)械手、氣動機(jī)器人的實(shí)用性已經(jīng)充分體現(xiàn)出來。因?yàn)闅鈩铀欧ㄎ患夹g(shù)一出現(xiàn)，就受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，同時為氣動機(jī)器人、氣動機(jī)械手大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)自動化領(lǐng)域開辟了十分寬廣的前景。研制具有一定“感觸”和“智力”的智能機(jī)器人。這種機(jī)器人，具有各種傳感裝置，并配備有計算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計算機(jī)充當(dāng)起“大腦”，使它能“思考”、能“分析”、能“記憶”。用電視攝像機(jī)、測距儀、纖維光學(xué)傳感器、導(dǎo)光管或其它光敏元件作為“眼睛”，在其“視野”的范圍內(nèi)能“看”。用聽筒和聲敏元件等作“耳朵”能“聽”。用揚(yáng)聲器等作“嘴”能“說話”進(jìn)行“應(yīng)答”。用熱電偶和電阻應(yīng)變儀等作“觸覺”能“感觸”。用滾輪或雙足式的行走機(jī)構(gòu)作為“腳”來實(shí)現(xiàn)自動移位。這樣的智能機(jī)器人，可以由人用特殊的語言對其下達(dá)命令，布置任務(wù)。受令后的智能機(jī)器人，即可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的各種條件或信息，獨(dú)立地“分析”和“判斷”并自編或自變程序的進(jìn)行工作；能夠自找（選擇）物件的方位，字調(diào)握力的大小，自找傳送路線以避開障礙物。因此，它將成為“無人化”系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)之一。2 機(jī)械手的設(shè)計2.1 機(jī)械手設(shè)計的總體方案由于本次設(shè)計的機(jī)器人需要通過氣缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的三個方向上的自由度如：手臂的上下的升降運(yùn)動、手臂的前后伸縮運(yùn)動、手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動以及用氣壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)小車按軌道運(yùn)動?？傮w設(shè)計方案如下面的框圖所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 34 頁機(jī) 械 手手 臂 小 車氣壓馬達(dá)減速裝置輪子空氣壓縮機(jī)控制調(diào)節(jié)裝置（各類閥類）控制系統(tǒng)壓力、運(yùn)動方向、運(yùn)動速度氣 泵設(shè)計示意圖如下所示 伸 縮 伸降回 轉(zhuǎn)氣 壓 驅(qū) 動 近 距 離 自 動 移 動 式 機(jī) 械 手 臂 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖1、 手 指 夾 緊 氣 缸 2、 手 臂 伸 縮 氣 缸 3手 臂 升 降 氣 缸 4、 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 5、 小 車夾 緊 張 開 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于采用積木式連接，結(jié)構(gòu)非常簡單、實(shí)用。2.2 機(jī)器人的規(guī)格參數(shù)該機(jī)械手屬于圓柱坐標(biāo)式。（一） 機(jī)器手的參數(shù)：1、主參數(shù) 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，機(jī)械手最大抓重以 10 公斤上下升降氣缸前后伸縮氣缸左右回轉(zhuǎn)氣缸手指夾緊氣缸 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 34 頁左右的為最多。故該機(jī)械手主參數(shù)定為 10 公斤。2、基本參數(shù) 運(yùn)動速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低則限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動速度設(shè)計為 1200 毫米/秒，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 1200/秒。平均移動速度為 1000 毫米/秒，平均回轉(zhuǎn)速度為 900/秒。機(jī)械手動作時有起動、停止過程的加、減速度存在，用速度—行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。則手臂前后伸縮平均速度為 1000 毫米/秒，手臂上下升降平均速度為 500 毫米/ 秒，手臂回轉(zhuǎn)平均速度為 900/秒。除了運(yùn)動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而使剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。據(jù)統(tǒng)計和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為 600 毫米，最大工作半徑為 1500毫米，手臂安裝前后可調(diào) 200 毫米。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為 2400，又由于該機(jī)械手設(shè)計成手臂安裝方位可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的適用范圍。手臂升降行程定為 150 毫米。氣壓驅(qū)動工作壓力 P 為 4～6 公斤/厘米 2。機(jī)械手臂定位和緩沖采用機(jī)械擋塊和緩沖器定位；定位精度為±0.5~±1 毫米。2.3 氣動部件設(shè)計的簡要分析1、 氣缸 氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線運(yùn)動或往復(fù)擺動。氣缸是由缸體、活塞、活塞桿、密封件及緊固件等組成。氣缸的種類很多，主要有單作用氣缸、雙作用氣缸、組合氣缸，擺動氣缸。單作用氣缸又可分為柱塞式氣缸、活塞式氣缸、薄膜式氣缸；雙作用氣缸又可分為普通氣缸、雙活塞桿氣缸、不可調(diào)緩沖氣缸、可調(diào)緩沖氣缸、活塞帶導(dǎo)向桿氣缸、串聯(lián)式氣缸；組合氣缸又可分為氣液阻尼缸和步進(jìn)式氣缸；擺動氣缸又可分為單葉片擺動氣缸和雙葉片擺動氣缸。本次機(jī)械手的設(shè)計中 ：① 手臂的升降機(jī)構(gòu)中采用了單作用氣缸中的柱塞式氣缸，壓縮空氣推動活塞 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 34 頁單方向向上運(yùn)動，借助自重下降。結(jié)構(gòu)簡單又實(shí)用。② 手臂的前后伸縮機(jī)構(gòu)中采用了雙作用氣缸中的普通氣缸，壓縮空氣推動活塞雙向運(yùn)動，應(yīng)用很廣泛。③ 手臂的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中采用了擺動氣缸中的單葉片擺動氣缸，將壓縮空氣的能量變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)械能，擺動角度小于 3600。剛開始打算采用兩個直動氣缸帶動鏈條鏈輪或帶動齒條齒輪來獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)設(shè)計方案的比較得出采用回轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)要緊湊的多，所以還是采用了擺動氣缸。④ 手指夾緊氣缸中我采用了單作用氣缸中的活塞式氣缸，壓縮空氣推動活塞但方向運(yùn)動，借助彈簧力反向運(yùn)動。結(jié)構(gòu)簡單，壓縮空氣用量較柱塞式少。2、 空氣控制閥 空氣控制閥是氣動控制元件，它的作用是控制和調(diào)節(jié)氣路系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力、流量和方向，從而保證氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的程序正常地進(jìn)行工作?？諝饪刂崎y按其作用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類。? 壓力控制閥根據(jù)它的作用不同又可分為：調(diào)壓法、安全閥和順序閥。? 流量控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以及改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作速度。它主要有截流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥。? 方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作發(fā)生變化的氣動元件。方向控制閥按閥內(nèi)氣流的方向分：單向型方向控制閥，它只允許氣流沿一個方向流動。如單向閥、快速排氣閥等；換向型方向閥，它可以改變氣流流動的方向。按控制方式分：電磁、氣壓、機(jī)械和人力等控制方法實(shí)現(xiàn)。按動作方式可分為：直動式和先導(dǎo)式。按聯(lián)結(jié)方式分：管式連接、板式連接和法蘭連接式連接。本次機(jī)械手的設(shè)計中：經(jīng)過考慮和分析后，在不光滿足各氣路要求的條件下又考慮到控制閥的統(tǒng)一性和方便性，我統(tǒng)一選擇了型號為 Q24D2H-15-S1的電磁方向控制閥。各氣缸凡能采用排氣節(jié)流方式的，都通過電磁閥的排氣口節(jié)流阻尼螺釘（錐面式）調(diào)速。手臂前后伸縮氣缸的氣路上，在最接近氣缸處，裝有兩個快速排氣閥，以加快啟動速度和調(diào)節(jié)全行程上的速度，同時通過調(diào)節(jié)閥又可使其加速度限制在允許的范圍內(nèi)，以減少制動時的慣性沖擊，提高定位精度。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 34 頁手臂的上下升降則采用進(jìn)氣節(jié)流方式，用一個單向節(jié)流閥調(diào)整手臂的上升速度。下降（靠自重下降）速度仍有電磁閥排氣口節(jié)流調(diào)整。3、氣動基本回路 氣動回路和液壓回路相比，有幾方面的不同；一臺氣動機(jī)械手的氣動系統(tǒng)有時比較復(fù)雜，但經(jīng)過剖析卻不外乎一些基本回路所組成。掌握了氣動基本回路以后，對分析和設(shè)計氣動機(jī)械手的氣動系統(tǒng)都有較大的幫助。第一， 空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣首先儲存于儲氣罐中，然后供給各個回路使用。畫氣動回路圖示空氣壓縮機(jī)常省略不畫，但設(shè)計氣動?xùn)|回路時，不要忘記考慮氣源的能力。第二， 氣動回路使用過的空氣是經(jīng)排氣口排入大氣的，因而不設(shè)回氣管道來回收空氣。第三， 由于空氣的粘性很小，在管路中的壓力損失較小。因此，在盡量縮短氣動管路的情況下管路仍然很長，并不妨礙使用。由于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，以氣缸應(yīng)用最廣泛，故下面所論及的基本回路均以氣缸為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)計機(jī)械手的氣動系統(tǒng)時，最簡便的方法是把選定的完成不同任務(wù)的基本回路組合起來。氣動基本回路的種類：氣動基本回路的種類很多，為了便于設(shè)計機(jī)械手的氣動回路，僅將氣動基本回路按方向控制回路和速度控制回路兩方面加以敘述。① 方向控制回路（一）單作用氣缸中間停止回路（圖 2-1）這種回路可使活塞停在氣缸中間的任意位置。當(dāng)三位三通電磁閥的滑閥處在中間位置時，氣缸的通路封閉，活塞停止運(yùn)動。滑閥處在位置 I 時，活塞下腔進(jìn)氣，推動活塞桿伸出。滑閥處在位置 II 時，活塞下腔排氣，彈簧力推動活塞下行。（二）雙作用氣缸換向回路（圖 2-2）采用二位五通單電控滑閥控制活塞雙向運(yùn)動。圖示位置，活塞右腔進(jìn)氣，左腔排氣，活塞向左運(yùn)動?；y切換后，活塞左腔進(jìn)氣，右腔排氣，實(shí)現(xiàn)了氣缸活塞的換向。這種回路時雙作用氣缸的最基本的換向回路。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 34 頁（三）雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路圖 2-3 所示為單活塞桿氣缸的這種回路。它采用中封式三位五通雙電控滑閥，當(dāng)滑閥處在中間位置時，各口互不相通，活塞可停留在氣缸的任意位置。這種回路不允許有漏損，這樣才能保證氣缸可靠地工作。在氣缸終端需要保持活塞固定的停止位置時，也使用這種回路。圖 2-4 所示為雙活塞桿氣缸的這種回路。它采用中封式三位五通雙電控滑閥，當(dāng)滑閥處在中間位置時，壓縮空氣同時與活塞左、右兩腔相通。因兩腔活塞的有效受壓面積相等，從而保證了活塞兩腔同時受壓時，活塞能停留在任意位置。但當(dāng)外界加在活塞桿上的軸向力不平衡時，則活塞停止的位置不穩(wěn)定。為了克服這個缺點(diǎn)，可增設(shè)調(diào)壓閥進(jìn)行壓力調(diào)解，控制活塞兩側(cè)壓力平衡，如圖 2-5 所示。這種回路可允許有少量漏損，比采用中封式閥較可靠。（四）延時控制回路圖 2-6 所示的延時控制回路，為控制信號 A 使二位四通單氣控滑閥 1 切換時，壓縮空氣經(jīng)閥 1、單向節(jié)流閥 3 向氣容 4 充氣，經(jīng)過一定的時間，氣容壓力達(dá)到一定數(shù)值，控制二位三通氣控閥 2 切換。壓縮空氣經(jīng)閥 2 的 B 口輸往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號 A取消后，閥 1 又彈簧復(fù)位，壓縮空氣控制閥 2 也復(fù)位而關(guān)閉，B 口無輸出。氣容 4中的空氣經(jīng)閥 3 的單向閥、閥 1 而排空。延時控制回路用于不允許使用時間繼電器的場合，如易燃、易爆和大粉塵的場合。2—2 雙作用氣缸換向回路2—1 單作用氣缸中間停止回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 34 頁 142② 速度控制回路（一）單作用氣缸的速度控制回路（圖 2-7）它由二位三通單電控滑閥 1 和兩個單向節(jié)流閥 2 和 3 所組成。閥 1 使氣缸換向，閥 2 的節(jié)流閥控制氣缸活塞桿的伸出速度。閥 3 的節(jié)流閥控制活塞桿的退回速度。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以改變活塞雙向的運(yùn)動速度。2—4 雙活塞桿氣缸任意位置停止回路2—3 單活塞桿氣缸任意位置停止回路2—5 帶調(diào)壓閥的雙活塞桿氣缸任意位置停止回路2—6 延時控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 34 頁 231（二）雙作用氣缸單向速度控制回路（圖 2-8）該回路是在氣缸的一個氣路上裝設(shè)單向節(jié)流閥 1。圖示位置為壓縮空氣經(jīng)二位五通單電控滑閥 2 和閥 1 的單向閥進(jìn)入氣缸活塞的右腔，推動活塞左移。當(dāng)閥2 切換后，活塞右腔的排氣速度受閥 1 可調(diào)節(jié)流閥的限制，從而控制了活塞桿的伸出速度。由于背壓的存在，也增加了氣缸工作行程的穩(wěn)定性。除此之外?；钊祷匦谐痰募被剡\(yùn)動，也可用來提高機(jī)器的生產(chǎn)率。（三）雙作用氣缸雙向速度控制回路圖 2-9 所示是將兩個單向節(jié)流閥裝在氣缸的兩條氣路上，分別控制活塞兩個方向運(yùn)動時的排氣速度。調(diào)節(jié)節(jié)流閥，即可得到活塞不同的運(yùn)動速度。2—7 單作用氣缸的速度控制回路2—8 雙作用氣缸單向速度控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 34 頁圖 2-10 所示是帶有排氣節(jié)流閥的速度控制回路。它是將節(jié)流閥安裝在二位五通單電控滑閥的排氣口上。調(diào)節(jié)節(jié)流閥，即可控制氣缸的排氣速度，從而使活塞得到不同的運(yùn)動速度。這種回路的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單。圖 2-11 所示使活塞可得到快速運(yùn)動的速度控制回路。它是在單向節(jié)流閥 1 和 2的后面氣路上并聯(lián)了二位二通閥 3 和 4。這樣，不僅可以由閥 1 和閥 2 來調(diào)節(jié)（排氣節(jié)流）活塞兩個方向的運(yùn)動速度，而且當(dāng)閥 3 打開時，則活塞可快速左行。二位五2—9 雙作用氣缸雙向速度控制回路2—10 帶有排氣節(jié)流閥的速度控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 34 頁通單電控滑閥 5 切換后，若閥 4 打開，則活塞可快速右行。因此，可根據(jù)需要得到活塞雙向的快速運(yùn)動。（四）雙作用氣缸速回運(yùn)動控制回路該回路當(dāng)活塞桿右行時，壓縮空氣經(jīng)由二位五通單電控滑閥 3 和快速排氣閥2 進(jìn)入氣缸活塞的左腔，推動活塞右行。此時，氣缸右腔的空氣經(jīng)單向節(jié)流閥 1節(jié)流控制后排空。閥 3 切換（圖示位置）后，壓縮空氣經(jīng)閥 1 的單向閥進(jìn)入氣缸的右腔。此時，氣缸左腔的空氣從閥 2 快速排入大氣，獲得急回運(yùn)動。這種回路要求氣缸附加緩沖裝置。2—11 活塞做快速運(yùn)動的速度控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 34 頁31（一）雙缸同步動作的速度控制回路該回路時采用一個二位四通單電控滑閥來控制兩個氣缸，并在每個氣缸的氣路中裝設(shè)單向節(jié)流閥，以調(diào)整和控制活塞的速度，使之達(dá)到同步運(yùn)動的目的。如用雙缸或多缸操縱一個重型框架起落時，同步舉升或降落極為重要，否則框架被扭斜將產(chǎn)生很大的附加阻力，甚至不能運(yùn)動。這種回路應(yīng)以阻力最大的那個氣缸為準(zhǔn)，調(diào)整其它缸的運(yùn)動速度以達(dá)到同步的目的。（二）氣液操作缸同步回路圖 2-14 所示的同步回路是由于連接兩個氣液操作缸被封入油液，所以兩活塞的運(yùn)動速度可完全同步。設(shè)計時，應(yīng)考慮到缸 5 有桿腔和缸 4 無桿腔有效面積的關(guān)系，當(dāng)有效面積相等時，兩缸獲同步運(yùn)動。也可以設(shè)計成兩缸按一定比例的速度運(yùn)動。2—12 雙作用氣缸速回運(yùn)動控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 34 頁 氣 油油氣（三）緩沖回路對可調(diào)行程位置的氣缸（如某些機(jī)械手的氣缸）緩沖問題，可采用緩沖回路來解決。圖 2-15 所示的緩沖回路，是在氣缸的兩條氣路上并聯(lián)兩個二位二通閥 1 和 2。2—13 雙缸同步動作的速度控制回路2—14 氣液操作缸同步回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 34 頁在閥 1 和閥 2 的排氣口裝設(shè)節(jié)流螺釘。并在回路中的二位五通雙電控滑閥 3 的兩個排氣口上也裝設(shè)節(jié)流螺釘。調(diào)節(jié)閥 1 和閥 2 的排氣節(jié)流螺釘，以控制活塞快速行程時的速度。調(diào)節(jié)閥 3 的排氣節(jié)流螺釘，以控制活塞的減速。從而達(dá)到減速緩沖的目的。 31圖 2-16 所示的緩沖回路，是在單向節(jié)流閥 3 和 4 的氣路上并聯(lián)二位二通閥1 和閥 2。并在二位五通雙電控滑閥 5 的排氣口上裝設(shè)節(jié)流螺釘?；钊焖傩谐虝r，閥 1（或閥 2）切換，排氣腔的空氣經(jīng)閥 1（或閥 2）和閥 5 排出，調(diào)節(jié)閥 5的節(jié)流螺釘，可控制快速行程時的速度。減速運(yùn)動時，閥 1（或閥 2）復(fù)位關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥 3 和閥 4 的節(jié)流閥以控制減速運(yùn)動，達(dá)到減速緩沖的目的。圖 2-17 所示為操作氣缸采用油液阻尼的緩沖回路。操作缸 1 兩條氣路上的快速排氣閥 2 和 3 為快速行程時排氣所用。缸 1 活塞右行時，快速運(yùn)動到固結(jié)在缸 1 活塞桿上的撞塊與擋塊 II 碰撞后，帶動油缸 5 活塞桿開始減速右行直到停止，在此減速過程中，缸 5 活塞右腔油液經(jīng)單向節(jié)流閥 6 節(jié)流阻尼后，經(jīng)單向節(jié)流閥 7 的單向閥進(jìn)入缸 5 的左腔。缸 1 活塞左行時，撞塊碰撞擋塊 I 后，油缸 5活塞桿開始減速左行，直到停止。補(bǔ)油裝置 8 用作向缸 5 補(bǔ)油。2—15 裝設(shè)節(jié)流螺釘?shù)木彌_回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 34 頁 41534235687撞 塊 停慢 速 右行快 速 右 行擋 塊擋 塊 1在本次設(shè)計機(jī)械手中我主要用到了其中的氣動基本回路為雙作用氣缸換向回路、單作用氣缸的進(jìn)氣調(diào)速回路、雙作用氣缸單向速度控制回路、帶有排氣截流閥的速度控制回路。3 機(jī)械手的計算2—16 裝設(shè)單向節(jié)流閥的緩沖 回路2—17 采用油液阻尼的緩沖回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 34 頁3.1 設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的問題手臂的結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、自由度數(shù)、運(yùn)動速度、工作范圍、定位精度以及機(jī)械手的整體布局等因素決定的。手臂結(jié)構(gòu)是否設(shè)計的合理，對機(jī)械手的工作性能有著很大的影響，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)是，除了考慮上述諸因素外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：Ⅰ、應(yīng)使手臂剛度大、重量輕由于機(jī)械手的手臂一般懸伸長度比較長，若手臂的剛度不夠時，會發(fā)生手臂彎曲變形過大，就會引起手臂的定位不準(zhǔn)，而且也直接影響活塞桿（即手臂）運(yùn)動的靈活性。另外，手臂在起動或制動過程中受到慣性力或慣性力矩的作用，手臂將發(fā)生顫動，由于手臂的顫動，也會影響手臂的定位精度，除了采用可靠的定位裝置外，應(yīng)對手臂結(jié)構(gòu)有一定的剛度要求，才能保證手臂的準(zhǔn)確的工作和一定的定位精度。Ⅱ、應(yīng)使手臂運(yùn)動速度快、慣性小為了減小慣性沖擊，一般采取的措施有：⑴ 手臂架選用鋁合金等輕質(zhì)材料來制造，以減輕手臂運(yùn)動件的質(zhì)量。⑵ 盡量縮短手臂懸伸部分的長度，使手臂未伸出時的總重量的重心偏于伸縮方向的反側(cè)，以減小回轉(zhuǎn)半徑。⑶ 減小手臂運(yùn)動件的輪廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊。⑷ 在驅(qū)動系統(tǒng)中增設(shè)緩沖裝置，使運(yùn)動件減速緩沖。Ⅲ、手臂動作應(yīng)靈活為使手臂運(yùn)行輕快、靈活，除手臂本身結(jié)構(gòu)緊湊輕巧外，應(yīng)減少手臂運(yùn)動件之間的摩擦阻力，用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸伸式的機(jī)械手，手臂上零部件（如傳動件、導(dǎo)向件、定位件等）的布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動過程中盡量保持平衡，以減少對升降支承軸線的偏重力矩，使手臂運(yùn)動靈活，防止發(fā)生“卡死” （即自鎖）現(xiàn)象。Ⅳ、應(yīng)使手臂傳動準(zhǔn)確、導(dǎo)向性好為了能準(zhǔn)確的傳遞工件和保證傳動的平穩(wěn)，應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向支承裝置，以保證手指的正確方向，并增強(qiáng)手臂的剛性。另外裝在手臂上的零部件要求便于裝拆和調(diào)整。Ⅴ、輸氣管道的布置應(yīng)合理機(jī)械手上的各工作氣缸彼此在空間作相對的直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動，要求結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊、動作靈活，因此對各個工作氣缸的輸氣管道布置應(yīng)給予足夠的重視， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 34 頁尤其是接近工作對象的手腕和手指夾緊缸，在外部用很多的軟管向氣缸輸入壓縮空氣，雖然軟管安裝維修較方便，但是他會影響機(jī)械手的運(yùn)動，并易損傷，而且手臂外形不整齊。Ⅵ、其他要求對于在粉塵場合工作的機(jī)械手，應(yīng)設(shè)有防塵裝置等。3.1.1 手臂的計算氣缸的計算：氣缸的設(shè)計應(yīng)根據(jù)作用在活塞桿上的外力（推力或拉力）的大小、活塞的行程和運(yùn)動速度以及安裝形式等方面提出的要求來進(jìn)行。氣缸的容積要選擇的適宜，過大的容積不僅及使缸體的尺寸重量增加，同時使壓縮空氣的需要量增加，造成了浪費(fèi)和增加了成本?；钊男谐淌菦Q定氣缸長度的主要參數(shù)，形成過長隊(duì)壓桿的穩(wěn)定性當(dāng)然不好，對缸筒的加工業(yè)會帶來困難。另一方面活塞的運(yùn)動速度決定與氣缸進(jìn)氣管道內(nèi)徑的大小，活塞的運(yùn)動速度越高，則要求進(jìn)氣管道的直徑越大。目前氣缸的運(yùn)動速度由于各方面條件的限制，一般速度的最大值不超過 1.2 米/秒。氣缸的選擇參考下表：氣缸的有關(guān)尺寸參數(shù)： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 34 頁2、氣缸壁厚的計算：氣缸的內(nèi)景 D 確定后，有強(qiáng)度條件計算所需的最小的氣缸壁厚?， ，再根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)來確定適當(dāng)?shù)臄?shù)值。依據(jù)材料力學(xué)的薄壁筒公式，氣缸的壁厚?可在下表查出：氣 缸 內(nèi) 徑 D (毫米)50 75 100 120 150 200 250 300材 料氣 缸 壁 厚 ?（毫米）鑄鐵 HT15-33 7 8 10 10 12 12 16 16鋼 A3,鋼 A5 5 5 6 6 8 8 10 10鋁合金 ZL3 8?10 8?10 10?12 10?12 12?14 12?14 14?17 14?17升降氣缸的壁厚?：缸徑?125 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則? 為 6 毫米。前后伸縮氣缸的壁厚?：缸徑為? 100 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則? 為 6 毫米。手指夾緊氣缸的壁厚?: 缸徑 ?50 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則 ?為 5 毫米。工作壓力（共斤/厘米 2）2 3 4 5 6 2 3 4 5 6氣缸直徑(mm)活塞桿直徑供氣孔直徑（英制管螺紋）氣缸端蓋螺栓d*個數(shù) 活塞推力（公斤）不計效率 活塞推力（公斤）不計效率50 16 G1/4” M6*4 39 59 78 98 118 35 53 70 88 10375 20 G1/4” M8*4 88 133 177 211 265 82 123 164 205 247100 25 G1/4”-3/8” M10*4 157 235 314 392 471 147 221 294 368 442125 30 G1/4”-3/8” M10*4 245 368 491 613 736 231 347 462 578 694150 30 G3/8”-1/2” M10*6 353 530 707 883 1060 339 509 678 848 1018200 40 G3/8”-1/2” M12*6 628 943 1257 1571 1885 603 905 1206 1508 1810250 50 G1/2”-3/4” M16*6 982 1473 1964 2454 2945 943 1414118851885 2356 2828300 55 G1/2”-3/4” M16*6 1414 2121 2828 3534 4241 1366 2049 2732 3415 4099 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 34 頁?、升降氣缸的參數(shù)及計算：升降氣缸由氣動上升，靠自重下降，行程 150 毫米，缸徑?125 毫米，活塞桿直徑為 30 毫米，升降速度為 500 毫米/秒，若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和汽缸效率?=0.8計算。則其上升時的驅(qū)動推力 P 推 為P 推 = 公 斤4912????pD則輸入空氣流量 Q=(Q 1+Q2)n 米 3/分式中 n—活塞每分鐘往復(fù)行程的次數(shù)，次/分；Q1—無桿腔的壓縮空氣耗氣量， 米 3。Q 1= [式中 S—?dú)飧椎男谐蹋?204D??米； D—活塞直徑，厘米]；Q2—有桿腔的壓縮空氣耗氣量， 米 3。Q 2= [式中氣 d—活塞桿直??62104d???徑，厘米]；由于升降氣缸靠自重下降，所以Q= =0.07(米 3/分)62104SD??Ⅱ、前后伸縮氣缸的參數(shù)及計算：前后伸縮氣缸的行程為 600 毫米，缸徑為?100 毫米，活塞桿直徑為 25 毫米，若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和氣缸效率?=0.8 計算。則其上升時的驅(qū)動推力 P 推 為P 推 = 公 斤5142???pDP 拉 = =235 公斤????d2則輸入空氣流量 Q 為Q=（ + ）n62104SD????62Sd? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 34 頁= 0.65(米 3/分)Ⅲ、 回轉(zhuǎn)氣缸的參數(shù)及計算：經(jīng)過設(shè)計方案的比較得出的結(jié)論是：采用回轉(zhuǎn)氣缸比用兩個直動氣缸帶動齒條齒輪所獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動的結(jié)果要緊湊?；剞D(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計為 B=120 毫米，缸徑2R=180 毫米，軸徑 2r=50 毫米，若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和氣缸效率?=0.9 計算?；剞D(zhuǎn)氣缸的扭矩是由動片受壓面積及其中心到回轉(zhuǎn)軸線的半徑?jīng)Q定的。當(dāng)計及氣缸效率后輸出的扭矩 M 的計算公式為M=Bp?(R2-r2)/2=12?4?0.9?（9 2-2.52）/2=1620 公斤.厘米=16.2 公斤.米則輸入空氣流量為：Q 3=3b(D2-d2)ω/400=3? 12? (18 2-52)?0.5/400=13.455 升/分=0.0135 米 3/分Ⅳ、手指夾緊氣缸的參數(shù)及計算：手指夾緊氣缸的設(shè)計參數(shù)為：缸徑 ?50 毫米，活塞直徑為 16 毫米，v=2.5 厘米/秒，工件重量 G=10 公斤， “v”形手指的角度 2θ=120 0，b=50mm,h=36mm, =300,?摩擦系數(shù) f=0.1。若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和氣缸效率?=0.8 計算，其手張開時的驅(qū)動力為：根據(jù)銷軸的力平衡條件，即∑F x=0,P1=P2；∑F y=0P=2P1cos ， P 1=P/（2cos ）??銷軸對于手指的作用力為 P1’,且 P1’=-P1。夾緊力為 N。由手指的力矩平衡條件，即∑m 01(F)=0 得：P 1’h=Nb夾緊氣缸的驅(qū)動力: P=(2b/h)×N 2α2αα 1αα 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 34 頁又因握力: N=0.5Gtg(θ-ψ); ψ=tg -1f=0.510tg(600-5042’)≈7kg所以 P=(2b/h)×N=(2×50/36)×7=19.4kgP 實(shí)際 ≥ ?21K?式中 η-手部的機(jī)械效率，取 0.85；K1-安全系數(shù)，取 1.5；K2-工作情況系數(shù)，可近似按下式估計，K 2=1+a/g,其中 a 為被抓取工件運(yùn)動時的最大加速度，g 為重力加速度（g=9.8m/s 2） 。P 實(shí)際 = ≈62kg ?1K?則輸入空氣流量為：Q4=(?D2v)/4=(3.14×52×2.5)/4=0.050 米 3/分則總的空氣流量為：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=0.7835 米 3/分3.1.2 空氣壓縮機(jī)的選擇空氣壓縮機(jī)是將動力供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置?？諝鈮嚎s機(jī)的種類有很多如：風(fēng)冷微型空氣壓縮機(jī)、移動式風(fēng)冷 V 型空氣壓縮機(jī)、固定式水冷 L 型空氣壓縮機(jī)，活塞式無油潤滑空氣壓縮機(jī)。根據(jù)上面的計算出的總的空氣流量選擇空氣壓縮機(jī)，具體參數(shù)見下表： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 34 頁最后決定選擇：雙級壓縮型的，型號為 3W-0.8/10，就能滿足要求。3.2 小車的設(shè)計及計算在本設(shè)計中，小車作為機(jī)械手的行走裝置，它是采用氣壓馬達(dá)提供動力并帶動輪子沿軌道運(yùn)動，由于氣馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速比小車運(yùn)動快，所以需要配一個減速裝置， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 34 頁減速裝置可用一個減速箱加上鏈傳動。由于機(jī)械手運(yùn)動時可能翻轉(zhuǎn)，所以設(shè)計時配重塊要和手臂一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動。小車的尺寸設(shè)計為：長為 800 毫米，寬為 500 毫米，高為 300 毫米，材料為鋁合金（鋁合金密度為 2.7 噸/立方米）。3.2.1 氣壓馬達(dá)的選擇小車的速度為：V=3 厘米 /秒氣壓馬達(dá)的選用：選用的氣壓馬達(dá)的功率能克服摩擦力產(chǎn)生的功率就可以。摩擦力產(chǎn)生的最大功率為： =0.9 馬力wvFPf60?經(jīng)考慮我選擇了 HS-50A 型號的活塞式氣馬達(dá)，額定功率為 3 馬力，工作氣壓為 p=5-7 公斤/厘米 2，額定轉(zhuǎn)速為 1050r/min，額定空氣消耗量為 3 米 3/分。參考書：《機(jī)械設(shè)計手冊》P816 表 12-91 73.12073 4438.2V33.2.2 軸的計算與校核（1）軸直徑的計算小車輪子的轉(zhuǎn)速 n=30r/min,則軸的轉(zhuǎn)速 n1=n=30r/min,氣壓馬達(dá)的功率 P0=5KW,則P1= P0?η 0=5?0.9=4.5 KwT1=9550? P1/ n1=9550?4.5/30=1432.5N.md1≥ A31P1——軸所傳遞的功率，KW；η 0——傳動效率；T1——軸所傳遞的扭矩，N.M；d1——軸的截面直徑，mm；軸的材料選用 45 號鋼，查表得 A=110 代入式中得d1≥58.44mm 則取 d1=60mm計算公式參考：《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》 P454（2）軸的強(qiáng)度校核由于傳動軸主要是受轉(zhuǎn)矩，所以軸的強(qiáng)度條件為： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 34 頁τ= T 1/WT≈[9.55?10 6?（P 1/ n1 ）]/0.2 =34.8MPa≤[τ],3d[τ]=40 MPaτ——周的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；WT——軸的抗扭截面模量，mm 3，查表得對于實(shí)心圓軸，W T=? /16≈0.2 ;3dd[τ]——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；所以經(jīng)校核軸滿足強(qiáng)度要求。計算公式參考：《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》 P4543.2.3 軸承的選擇由上步計算得軸的最小直徑為 60mm，則查表得軸承的型號為 6000。其參數(shù)為：軸承內(nèi)徑：d=60mm外徑：D=95mm軸承寬：B=11mm參考書：《現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計手冊》 P1249 表 4.10-183.2.4 聯(lián)軸器的選擇馬達(dá)和減速箱之間用聯(lián)軸器相連。聯(lián)軸器的名義扭矩T=9550 =1432.5N.mnP聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩TKAca?查表得 K A=1.3， 則=1.3?1432.5=1862.25 N.mAca參考書：《現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計手冊》P1092 表 4.7-5 選用 GB5843-86 3.2.5 減速裝置由于氣壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速比小車運(yùn)動要求的速度要大，所以還需要一個減速裝置。有減速機(jī)的傳動比選擇 RV 系列蝸桿減速器——NMRV063。4 機(jī)械手臂的工作原理 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 34 頁4.1 氣動原理圖 手 臂 升 降 氣 缸 手 臂 伸 縮 氣 缸 手 臂 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 手 指 夾 緊 氣 缸開 關(guān) 快 換 街 頭 儲 氣 罐 分 水 過 濾 器 調(diào) 壓 閥 壓 力 表油 霧 器-201壓 力 繼 電 器-11234 7856單向節(jié)流閥調(diào) 節(jié) 閥單向節(jié)流閥調(diào) 節(jié) 閥4-51可調(diào)節(jié)流閥空 氣 壓 縮 機(jī) -201-201單向節(jié)流閥 單向節(jié)流閥4.2 電磁鐵動作程序表 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 共 34 頁序 號123479102電 磁 鐵動 作 12345678手 臂 上 升手 臂 前 伸手 指 張 開手 指 閉 合手 臂 縮 回手 臂 回 轉(zhuǎn)手 臂 前 伸手 指 張 開手 指 閉 合手 臂 縮 回134手 臂 反 轉(zhuǎn)手 臂 下 降5結(jié)合機(jī)械手氣壓系統(tǒng)圖說明其動作循環(huán)過程。壓力繼電器發(fā)出電信號，使機(jī)械手開始按程序動作。首先，電磁鐵 1DT 通電，壓縮空氣從電磁閥的左邊通道經(jīng)單向節(jié)流閥進(jìn)入手臂升降油缸的上腔，推動手臂上升。在手臂上升到一定位置，碰行程開關(guān)，使 1DT 斷電，并發(fā)出信號使 3DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入手臂前后伸縮氣缸的左側(cè)，推動手臂前伸。在手臂前伸到一定位置，裝在手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)發(fā)出電信號，使 7DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道進(jìn)入手指夾緊氣缸的左側(cè)，使手指張開。在延時結(jié)束后，7DT 斷電，使 8DT 通電，手指夾緊工件；并同時發(fā)出信號使 4DT 通電， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 共 34 頁壓縮空氣由電磁閥的右邊通道經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入手臂前后伸縮氣缸的右側(cè)，使手臂縮回。當(dāng)手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)使 4DT 斷電并發(fā)出電信號，使 5DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的一腔使手臂回轉(zhuǎn) 950。當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰到行程開關(guān)使 5DT 斷電，并發(fā)出電信號使 3DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入手臂前后伸縮氣缸的左側(cè)，推動手臂前伸。在手臂前伸到一定位置，裝在手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)發(fā)出電信號，使 7DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道進(jìn)入手指夾緊氣缸的左側(cè)，使手指張開，延時到 7DT 斷電，使 8DT通電，手指閉合，并發(fā)出電信號使 4DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的右邊通道經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入手臂前后伸縮氣缸的右側(cè)，使手臂縮回。當(dāng)手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)使 4DT 斷電并發(fā)出電信號，使 2DT 通電進(jìn)行排氣，手臂則靠自重下降。在手臂下降到一定位置，裝在手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)發(fā)出電信號，使 6DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的右邊通道進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的另一腔使手臂反轉(zhuǎn) 950。機(jī)械手復(fù)位，機(jī)械手的循環(huán)結(jié)束。4.3 機(jī)械手的緩沖和定位1、手臂升降運(yùn)動 上升緩沖定位是靠可調(diào)碰鐵觸動行程開關(guān)而發(fā)出信號，切斷氣路來實(shí)現(xiàn)的。下降運(yùn)動是采用油缸端部可調(diào)節(jié)流緩沖，活塞與油缸端蓋相碰而定位。2、手臂伸縮運(yùn)動 手臂伸出有行程開關(guān)適時斷電而切斷油路，手臂滑行靠慣性緩沖，有死擋塊定位；手臂縮回沒有定位精度要求，又終點(diǎn)行程開關(guān)適時斷電，由活塞和油缸端蓋相碰而定位。3、手臂水平回轉(zhuǎn) 在回轉(zhuǎn)油缸的兩腔安裝單向調(diào)速閥，控制手臂的回轉(zhuǎn)速度。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁 共 34 頁結(jié) 論本次近距離自動移動式機(jī)械手臂——?dú)鈮候?qū)動的畢業(yè)在此告于段落。它靠氣泵驅(qū)動小車至指定地點(diǎn)，完成工件的搬運(yùn)。由于本次設(shè)計的是氣動機(jī)械手，但平時看到和接觸的大都是液壓的和電氣驅(qū)動的機(jī)械手，雖然氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動總體來說是大同小異的，但有些參數(shù)和計算還是不同的，所以還是遇到了些困難。在手臂的設(shè)計中由于沒有親眼看到過真正的機(jī)械手臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以有些地方不可能考慮得很周全。但總的來說至少自己努力了，也察看了很多關(guān)于這方面的資料，詢問了老師終于基本上完成了本次設(shè)計，心里還是很高興的。剛開始做設(shè)計的時候有些無從下手，一時掌握不到要領(lǐng)，經(jīng)過一段時間的摸索終于有了些頭緒，但自己考慮得很簡單，經(jīng)過幾次與老師的討論后才發(fā)現(xiàn)還有很多沒考慮的地方和不足之處，感覺要搞一個設(shè)計還真不是件容易的事。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁 共 34 頁致 謝這次設(shè)計能夠順利完成首先要感謝呂夏老師的不斷指導(dǎo)，由于自己對氣壓傳動這方面也不太熟悉，剛開始都不知何處下手，呂老師給了我們很多啟發(fā)。在做的過程中又遇到了許多困難，但老師總是不厭其煩的講給我們聽，給我們一步一步的分析，使我們了解到了一些考慮欠缺的地方，能夠不斷完善。呂老師還定期給我們察看，使我們可以順利跨入下個階段。在這里再次感謝呂老師的幫助！ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁 共 34 頁參 考 文 獻(xiàn)1 曹承志.電機(jī)、拖動與控制學(xué).第 3 版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20002 王庭樹.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)及動力學(xué).第 2 版. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1990.123 孟繁華.機(jī)器人應(yīng)用技術(shù).第 1 版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.64 馬香峰.機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué).第 1 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991.95 趙錫芳.機(jī)器人動力學(xué).第 1 版.上海：上海交通大學(xué)出版社，1992.126 高松海.遙控機(jī)器人.第 1 版.北京：原子能出版社，19817 孫耀明.微型機(jī)算計在機(jī)器人技術(shù)中的作用.第 1 版.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，19878 路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊.第 2 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20029 陳奎生.液壓傳動與氣壓傳動.第 1 版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.810 何存興.張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動.第 3 版.武漢：華中理工大學(xué)出版社，199811 宋學(xué)義.袖珍液壓氣動手冊.第 1 版.重慶：重慶大學(xué)出版社，199712 機(jī)械工業(yè)部.中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本.第 1 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199513 李發(fā)海.王巖.電機(jī)與拖動基礎(chǔ).第 1 版.北京：清華大學(xué)出版社，199414 諸靜.機(jī)器人與控制技術(shù).第 1 版.浙江：浙江大學(xué)出版社，199115 熊有倫.丁漢.劉恩滄.機(jī)器人學(xué).第 1 版. 機(jī)械工業(yè)出版社，199316 吳廣玉.姜復(fù)興.機(jī)器人工程導(dǎo)論.第 1 版.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，198817 王承義.機(jī)械手及其應(yīng)用.第 1 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,198118 天津大學(xué)編寫組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基礎(chǔ).第 1 版.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1979 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 34 頁 共 34 頁