機(jī)械手-PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì)

機(jī)械手-PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì),機(jī)械手,plc,控制,節(jié)制,設(shè)計(jì) PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì) 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來(lái)。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。 1、機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。 圖1 機(jī)械手傳送示意及操作面板圖 2、輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖 表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表 名 稱(chēng) 代號(hào) 輸入 名 稱(chēng) 代號(hào) 輸入 名 稱(chēng) 代號(hào) 輸出 啟動(dòng) SB1 X0 夾緊 SB5 X10 電磁閥下降 YV1 Y0 下限行程 SQ1 X1 放松 SB6 X11 電磁閥夾緊 YV2 Y1 上限行程 SQ2 X2 單步上升 SB7 X12 電磁閥上升 YV3 Y2 右限行程 SQ3 X3 單步下降 SB8 X13 電磁閥右行 YV4 Y3 左限行程 SQ4 X4 單步左移 SB9 X14 電磁閥左行 YV5 Y4 停止 SB2 X5 單步右移 SB10 X15 原點(diǎn)指示 EL Y5 手動(dòng)操作 SB3 X6 回原點(diǎn) SB11 X16 連續(xù)操作 SB4 X7 工件檢測(cè) SQ5 X17 3、操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖3所示。 其原理是： 把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則X6接通，其常閉觸頭打開(kāi)，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動(dòng)，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開(kāi)）則程序執(zhí)行時(shí)跳過(guò)手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。 4、回原位程序 回原位程序如圖4所示。用S10~S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10~S19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。 5、手動(dòng)單步操作程序　 　如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。 6、自動(dòng)操作程序 自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見(jiàn)圖6所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動(dòng)下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開(kāi)關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動(dòng)Y3右移。 移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開(kāi)始第二次循環(huán)動(dòng)作。 在編寫(xiě)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。 7、機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖 如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動(dòng)單步操作程序。從第67行到第129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱(chēng)為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的。 回原位程序和自動(dòng)操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣?dòng)返回初始態(tài)S1。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài)S2。 8、指令語(yǔ)句表 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 33 頁(yè) 共 33 頁(yè) 1 緒論 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)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(dòng)化，已愈來(lái)愈引起人們的重視。 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)械手被稱(chēng)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(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)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(dòng)作功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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(mén)。機(jī)械手是工廠企業(yè)高度自動(dòng)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(dòng)，尤其對(duì)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。 驅(qū)動(dòng)部分 傳送機(jī)構(gòu) 控制部分 行程檢測(cè)裝置 手部 傳感裝置 被傳送物件 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。 （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(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、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(dòng)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)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(wú)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(dòng)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(cè)裝置和傳感裝置等。 行程檢測(cè)裝置是檢測(cè)和控制機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)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(wú)滑下或脫落、物件的位置是否準(zhǔn)確、手指對(duì)物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)。 （二）、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)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(zhuān)用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 1.2 機(jī)械手的分類(lèi) ㈠、按機(jī)械手的使用范圍分類(lèi)： ⑴ 專(zhuān)用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無(wú)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(dòng)的傳送物件或操作某一工具。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。 ⑵ 通用機(jī)械手（也稱(chēng)工業(yè)機(jī)器人）即指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，又不從屬于某種機(jī)器，而能自動(dòng)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(dòng)方式分類(lèi)： ⑴ 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 ⑵ 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 ⑶ 電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 直接用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 ⑷ 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 是將主機(jī)的動(dòng)力通過(guò)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(dòng)方式。 ㈢、按機(jī)械手臂力大小分類(lèi)： 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(dòng)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(lái)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(mén)，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)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(guò)程的自動(dòng)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(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、可以改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作時(shí)有危險(xiǎn)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(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)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(gè)側(cè)面，同時(shí)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(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)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)。 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(shì)。 1.4 機(jī)械手的發(fā)展概況 1.4.1 對(duì)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(jì)，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(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)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(dòng)量較大的工種，更應(yīng)注意設(shè)計(jì)和使用各種類(lèi)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(jì)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(shí)，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(jì)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(shì) 機(jī)械手是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、液壓液力與氣壓傳動(dòng)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(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(méi)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(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手。 專(zhuān)用機(jī)械手經(jīng)過(guò)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(shí)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(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣壓傳動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)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(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。 氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)已被接受。由于氣動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合，以及周邊技術(shù)的成熟，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性已經(jīng)充分體現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)闅鈩?dòng)伺服定位技術(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(shí)為氣動(dòng)機(jī)器人、氣動(dòng)機(jī)械手大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域開(kāi)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(jì)算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計(jì)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(cè)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(tīng)筒和聲敏元件等作“耳朵”能“聽(tīng)”。用揚(yáng)聲器等作“嘴”能“說(shuō)話(huà)”進(jìn)行“應(yīng)答”。用熱電偶和電阻應(yīng)變儀等作“觸覺(jué)”能“感觸”。用滾輪或雙足式的行走機(jī)構(gòu)作為“腳”來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。這樣的智能機(jī)器人，可以由人用特殊的語(yǔ)言對(duì)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(chǎng)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(kāi)障礙物。因此，它將成為“無(wú)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(jì) 2.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)的總體方案 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人需要通過(guò)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的三個(gè)方向上的自由度如：手臂的上下的升降運(yùn)動(dòng)、手臂的前后伸縮運(yùn)動(dòng)、手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及用氣壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)按軌道運(yùn)動(dòng)?？傮w設(shè)計(jì)方案如下面的框圖所示： 左右回轉(zhuǎn)氣缸 前后伸縮氣缸 上下升降氣缸 手指夾緊氣缸 機(jī) 械 手 手 臂 小 車(chē) 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(lèi)閥類(lèi)） 控制系統(tǒng)壓力、運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度 氣 泵 設(shè)計(jì)示意圖如下所示 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(jiǎn)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(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)低則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及回轉(zhuǎn)的速度。 該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為1200毫米/秒，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為1200/秒。平均移動(dòng)速度為1000毫米/秒，平均回轉(zhuǎn)速度為900/秒。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有起動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度—行程曲線來(lái)說(shuō)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(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)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(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而使剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jì)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(dòng)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(dòng)部件設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)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(dòng)工作部分作直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)。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(lèi)很多，主要有單作用氣缸、雙作用氣缸、組合氣缸，擺動(dòng)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(dòng)氣缸又可分為單葉片擺動(dòng)氣缸和雙葉片擺動(dòng)氣缸。 本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)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(dòng)活塞單方向向上運(yùn)動(dòng)，借助自重下降。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)活塞雙向運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用很廣泛。 ③ 手臂的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中采用了擺動(dòng)氣缸中的單葉片擺動(dòng)氣缸，將壓縮空氣的能量變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，擺動(dòng)角度小于3600。剛開(kāi)始打算采用兩個(gè)直動(dòng)氣缸帶動(dòng)鏈條鏈輪或帶動(dòng)齒條齒輪來(lái)獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)活塞但方向運(yùn)動(dòng)，借助彈簧力反向運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(lèi)。 n 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。 n 流量控制閥是用來(lái)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。 n 方向控制閥是用來(lái)控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作發(fā)生變化的氣動(dòng)元件。方向控制閥按閥內(nèi)氣流的方向分：?jiǎn)蜗蛐头较蚩刂崎y，它只允許氣流沿一個(gè)方向流動(dòng)。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(dòng)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(dòng)作方式可分為：直動(dòng)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(jì)中： 經(jīng)過(guò)考慮和分析后，在不光滿(mǎn)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(hào)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(guò)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(gè)快速排氣閥，以加快啟動(dòng)速度和調(diào)節(jié)全行程上的速度，同時(shí)通過(guò)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(dòng)時(shí)的慣性沖擊，提高定位精度。 手臂的上下升降則采用進(jìn)氣節(jié)流方式，用一個(gè)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(dòng)基本回路 氣動(dòng)回路和液壓回路相比，有幾方面的不同； 一臺(tái)氣動(dòng)機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)有時(shí)比較復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)剖析卻不外乎一些基本回路所組成。掌握了氣動(dòng)基本回路以后，對(duì)分析和設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的氣動(dòng)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(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐中，然后供給各個(gè)回路使用。畫(huà)氣動(dòng)回路圖示空氣壓縮機(jī)常省略不畫(huà)，但設(shè)計(jì)氣動(dòng)?xùn)|回路時(shí)，不要忘記考慮氣源的能力。 第二， 氣動(dòng)回路使用過(guò)的空氣是經(jīng)排氣口排入大氣的，因而不設(shè)回氣管道來(lái)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(dòng)管路的情況下管路仍然很長(zhǎng)，并不妨礙使用。 由于氣動(dòng)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(jì)機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，最簡(jiǎn)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(lái)。 氣動(dòng)基本回路的種類(lèi)：氣動(dòng)基本回路的種類(lèi)很多，為了便于設(shè)計(jì)機(jī)械手的氣動(dòng)回路，僅將氣動(dòng)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(shí)，氣缸的通路封閉，活塞停止運(yùn)動(dòng)?；y處在位置I時(shí)，活塞下腔進(jìn)氣，推動(dòng)活塞桿伸出。滑閥處在位置II時(shí)，活塞下腔排氣，彈簧力推動(dòng)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(dòng)。圖示位置，活塞右腔進(jìn)氣，左腔排氣，活塞向左運(yùn)動(dòng)?；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(shí)雙作用氣缸的最基本的換向回路。 2—1單作用氣缸中間停止回路 2—2雙作用氣缸換向回路 （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(shí)，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(shí)，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(shí)，壓縮空氣同時(shí)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(shí)受壓時(shí)，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(shí)，則活塞停止的位置不穩(wěn)定。為了克服這個(gè)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(shí)控制回路 圖2-6所示的延時(shí)控制回路，為控制信號(hào)A使二位四通單氣控滑閥1切換時(shí)，壓縮空氣經(jīng)閥1、單向節(jié)流閥3向氣容4充氣，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)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(hào)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(wú)輸出。氣容4中的空氣經(jīng)閥3的單向閥、閥1而排空。 延時(shí)控制回路用于不允許使用時(shí)間繼電器的場(chǎng)合，如易燃、易爆和大粉塵的場(chǎng)合。 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(shí)控制回路 ② 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(gè)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(kāi)度，可以改變活塞雙向的運(yùn)動(dòng)速度。 2—7單作用氣缸的速度控制回路 （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(gè)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(dòng)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(dòng)，也可用來(lái)提高機(jī)器的生產(chǎn)率。 2—8 雙作用氣缸單向速度控制回路 （三）雙作用氣缸雙向速度控制回路 圖2-9所示是將兩個(gè)單向節(jié)流閥裝在氣缸的兩條氣路上，分別控制活塞兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)速度。 2—9 雙作用氣缸雙向速度控制回路 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(dòng)速度。這種回路的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。 2—10帶有排氣節(jié)流閥的速度控制回路 圖2-11所示使活塞可得到快速運(yùn)動(dòng)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(lái)調(diào)節(jié)（排氣節(jié)流）活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度，而且當(dāng)閥3打開(kāi)時(shí)，則活塞可快速左行。二位五通單電控滑閥5切換后，若閥4打開(kāi)，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(dòng)。 2—11活塞做快速運(yùn)動(dòng)的速度控制回路 （四）雙作用氣缸速回運(yùn)動(dòng)控制回路 該回路當(dāng)活塞桿右行時(shí)，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(dòng)活塞右行。此時(shí)，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(shí)，氣缸左腔的空氣從閥2快速排入大氣，獲得急回運(yùn)動(dòng)。這種回路要求氣缸附加緩沖裝置。 2—12雙作用氣缸速回運(yùn)動(dòng)控制回路 （一） 雙缸同步動(dòng)作的速度控制回路 該回路時(shí)采用一個(gè)二位四通單電控滑閥來(lái)控制兩個(gè)氣缸，并在每個(gè)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(dòng)的目的。如用雙缸或多缸操縱一個(gè)重型框架起落時(shí)，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(dòng)。這種回路應(yīng)以阻力最大的那個(gè)氣缸為準(zhǔn)，調(diào)整其它缸的運(yùn)動(dòng)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(gè)氣液操作缸被封入油液，所以?xún)苫钊倪\(yùn)動(dòng)速度可完全同步。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到缸5有桿腔和缸4無(wú)桿腔有效面積的關(guān)系，當(dāng)有效面積相等時(shí)，兩缸獲同步運(yùn)動(dòng)。也可以設(shè)計(jì)成兩缸按一定比例的速度運(yùn)動(dòng)。 2—13雙缸同步動(dòng)作的速度控制回路 2—14氣液操作缸同步回路 （三） 緩沖回路 對(duì)可調(diào)行程位置的氣缸（如某些機(jī)械手的氣缸）緩沖問(wèn)題，可采用緩沖回路來(lái)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(gè)二位二通閥1和2。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(gè)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(shí)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。 2—15裝設(shè)節(jié)流螺釘?shù)木彌_回路 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(shí)，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(shí)的速度。減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)，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(shí)排氣所用。缸1活塞右行時(shí)，快速運(yùn)動(dòng)到固結(jié)在缸1活塞桿上的撞塊與擋塊II碰撞后，帶動(dòng)油缸5活塞桿開(kāi)始減速右行直到停止，在此減速過(guò)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(shí)，撞塊碰撞擋塊I后，油缸5活塞桿開(kāi)始減速左行，直到停止。補(bǔ)油裝置8用作向缸5補(bǔ)油。 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 在本次設(shè)計(jì)機(jī)械手中我主要用到了其中的氣動(dòng)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(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的問(wèn)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(dòng)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(jì)的合理，對(duì)機(jī)械手的工作性能有著很大的影響，在設(shè)計(jì)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(zhǎng)度比較長(zhǎng)，若手臂的剛度不夠時(shí)，會(huì)發(fā)生手臂彎曲變形過(guò)大，就會(huì)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(dòng)的靈活性。另外，手臂在起動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中受到慣性力或慣性力矩的作用，手臂將發(fā)生顫動(dòng)，由于手臂的顫動(dòng)，也會(huì)影響手臂的定位精度，除了采用可靠的定位裝置外，應(yīng)對(duì)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(dòng)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(lái)制造，以減輕手臂運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量。 ⑵ 盡量縮短手臂懸伸部分的長(zhǎng)度，使手臂未伸出時(shí)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(dòng)件的輪廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊。 ⑷ 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中增設(shè)緩沖裝置，使運(yùn)動(dòng)件減速緩沖。 Ⅲ、手臂動(dòng)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(dòng)件之間的摩擦阻力，用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸伸式的機(jī)械手，手臂上零部件（如傳動(dòng)件、導(dǎo)向件、定位件等）的布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中盡量保持平衡，以減少對(duì)升降支承軸線的偏重力矩，使手臂運(yùn)動(dòng)靈活，防止發(fā)生“卡死”（即自鎖）現(xiàn)象。 Ⅳ、應(yīng)使手臂傳動(dòng)準(zhǔn)確、導(dǎo)向性好 為了能準(zhǔn)確的傳遞工件和保證傳動(dòng)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(duì)的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，要求結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊、動(dòng)作靈活，因此對(duì)各個(gè)工作氣缸的輸氣管道布置應(yīng)給予足夠的重視，尤其是接近工作對(duì)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(huì)影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，并易損傷，而且手臂外形不整齊。 Ⅵ、其他要求 對(duì)于在粉塵場(chǎng)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(jì)算 氣缸的計(jì)算： 氣缸的設(shè)計(jì)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(dòng)速度以及安裝形式等方面提出的要求來(lái)進(jìn)行。 氣缸的容積要選擇的適宜，過(guò)大的容積不僅及使缸體的尺寸重量增加，同時(shí)使壓縮空氣的需要量增加，造成了浪費(fèi)和增加了成本。 活塞的行程是決定氣缸長(zhǎng)度的主要參數(shù)，形成過(guò)長(zhǎng)隊(duì)壓桿的穩(wěn)定性當(dāng)然不好，對(duì)缸筒的加工業(yè)會(huì)帶來(lái)困難。另一方面活塞的運(yùn)動(dòng)速度決定與氣缸進(jìn)氣管道內(nèi)徑的大小，活塞的運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度由于各方面條件的限制，一般速度的最大值不超過(guò)1.2米/秒。 氣缸的選擇參考下表： 氣缸的有關(guān)尺寸參數(shù)： 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(gè)數(shù) 工作壓力（共斤/厘米2） 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 活塞推力（公斤）不計(jì)效率 活塞推力（公斤）不計(jì)效率 50 16 G1/4” M6*4 39 59 78 98 118 35 53 70 88 103 75 20 G1/4” M8*4 88 133 177 211 265 82 123 164 205 247 100 25 G1/4”-3/8” M10*4 157 235 314 392 471 147 221 294 368 442 125 30 G1/4”-3/8” M10*4 245 368 491 613 736 231 347 462 578 694 150 30 G3/8”-1/2” M10*6 353 530 707 883 1060 339 509 678 848 1018 200 40 G3/8”-1/2” M12*6 628 943 1257 1571 1885 603 905 1206 1508 1810 250 50 G1/2”-3/4” M16*6 982 1473 1964 2454 2945 943 141411885 1885 2356 2828 300 55 G1/2”-3/4” M16*6 1414 2121 2828 3534 4241 1366 2049 2732 3415 4099 2、氣缸壁厚的計(jì)算：氣缸的內(nèi)景D確定后，有強(qiáng)度條件計(jì)算所需的最小的氣缸壁厚d，，再根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)來(lái)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d可在下表查出： 材 料 氣 缸 內(nèi) 徑 D (毫米) 50 75 100 120 150 200 250 300 氣 缸 壁 厚 d（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d：缸徑?125毫米，氣缸材料選鋼A3，則d為6毫米。 前后伸縮氣缸的壁厚d：缸徑為?100毫米，氣缸材料選鋼A3，則d為6毫米。 手指夾緊氣缸的壁厚d: 缸徑?50毫米，氣缸材料選鋼A3，則 d為5毫米。 I、升降氣缸的參數(shù)及計(jì)算： 升降氣缸由氣動(dòng)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h=0.8計(jì)算。 則其上升時(shí)的驅(qū)動(dòng)推力P推為 P推= 則輸入空氣流量 Q=(Q1+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(wú)桿腔的壓縮空氣耗氣量， 米3。Q1= [式中S—?dú)飧椎男谐?，厘米?D—活塞直徑，厘米]； Q2—有桿腔的壓縮空氣耗氣量， 米3。Q2= [式中氣 d—活塞桿直徑，厘米]； 由于升降氣缸靠自重下降，所以 Q==0.07(米3/分) Ⅱ、前后伸縮氣缸的參數(shù)及計(jì)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h=0.8計(jì)算。 則其上升時(shí)的驅(qū)動(dòng)推力P推為 P推= P拉= =235公斤 則輸入空氣流量Q為 Q=（ + ）n = 0.65(米3/分) Ⅲ、 回轉(zhuǎn)氣缸的參數(shù)及計(jì)算： 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方案的比較得出的結(jié)論是：采用回轉(zhuǎn)氣缸比用兩個(gè)直動(dòng)氣缸帶動(dòng)齒條齒輪所獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果要緊湊?；剞D(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)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h=0.9計(jì)算。 回轉(zhuǎn)氣缸的扭矩是由動(dòng)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(jì)及氣缸效率后輸出的扭矩M的計(jì)算公式為 M=Bph(R2-r2)/2 =12′4′0.9′（92-2.52）/2=1620公斤.厘米=16.2公斤.米 則輸入空氣流量為：Q3=3b(D2-d2)ω/400=3′ 12′ (182-52)′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(jì)算： 手指夾緊氣缸的設(shè)計(jì)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=1200，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h=0.8計(jì)算，其手 張開(kāi)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力為： 根據(jù)銷(xiāo)軸的力平衡條件，即∑Fx=0,P1=P2；∑Fy=0 P=2P1cos， P1=P/（2cos） 銷(xiāo)軸對(duì)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∑m01(F)=0得：P1’h=Nb 夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力: P=(2b/h)×N 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=19.4kg P實(shí)際≥ 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(jì)，K2=1+a/g,其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，g為重力加速度（g=9.8m/s2）。 P實(shí)際=≈62kg 則輸入空氣流量為： Q4=(pD2v)/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(dòng)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。 空氣壓縮機(jī)的種類(lèi)有很多如：風(fēng)冷微型空氣壓縮機(jī)、移動(dòng)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(wú)油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)。 根據(jù)上面的計(jì)算出的總的空氣流量選擇空氣壓縮機(jī)，具體參數(shù)見(jiàn)下表： 最后決定選擇：雙級(jí)壓縮型的，型號(hào)為3W-0.8/10，就能滿(mǎn)足要求。 3.2 小車(chē)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中，小車(chē)作為機(jī)械手的行走裝置，它是采用氣壓馬達(dá)提供動(dòng)力并帶動(dòng)輪子沿軌道運(yùn)動(dòng)，由于氣馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速比小車(chē)運(yùn)動(dòng)快，所以需要配一個(gè)減速裝置，減速裝置可用一個(gè)減速箱加上鏈傳動(dòng)。由于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)可能翻轉(zhuǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)配重塊要和手臂一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 小車(chē)的尺寸設(shè)計(jì)為：長(zhǎng)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(chē)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 經(jīng)考慮我選擇了HS-50A型號(hào)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(shū)：《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P816 表12-91 73.12073 4438.2V3 3.2.2軸的計(jì)算與校核 （1）軸直徑的計(jì)算 小車(chē)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′η0=5′0.9=4.5 Kw T1=9550′ P1/ n1=9550′4.5/30=1432.5N.m d1≥ P1——軸所傳遞的功率，KW； η0——傳動(dòng)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(hào)鋼，查表得A=110代入式中得 d1≥58.44mm 則取d1=60mm 計(jì)算公式參考：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 P454 （2）軸的強(qiáng)度校核 由于傳動(dòng)軸主要是受轉(zhuǎn)矩，所以軸的強(qiáng)度條件為： τ= T1/WT≈[9.55′106′（P1/ n1 ）]/0.2=34.8MPa≤[τ], [τ]=40 MPa τ——周的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa； WT——軸的抗扭截面模量，mm3，查表得 對(duì)于實(shí)心圓軸，WT=p /16≈0.2; [τ]——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa； 所以經(jīng)校核軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 計(jì)算公式參考：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 P454 3.2.3 軸承的選擇 由上步計(jì)算得軸的最小直徑為60mm，則查表得軸承的型號(hào)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(shū)：《現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P1249 表4.10-18 3.2.4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.m 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查表得 KA=1.3， 則 =1.3′1432.5=1862.25 N.m 參考書(shū)：《現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(chē)運(yùn)動(dòng)要求的速度要大，所以還需要一個(gè)減速裝置。有減速機(jī)的傳動(dòng)比選擇RV系列蝸桿減速器——NMRV063。 4 機(jī)械手臂的工作原理 4.1 氣動(dòng)原理圖 4.2 電磁鐵動(dòng)作程序表 結(jié)合機(jī)械手氣壓系統(tǒng)圖說(shuō)明其動(dòng)作循環(huán)過(guò)程。 壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)，使機(jī)械手開(kāi)始按程序動(dòng)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(dòng)手臂上升。在手臂上升到一定位置，碰行程開(kāi)關(guān)，使1DT斷電，并發(fā)出信號(hào)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(dòng)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(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)，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(kāi)。在延時(shí)結(jié)束后，7DT斷電，使8DT通電，手指夾緊工件；并同時(shí)發(fā)出信號(hào)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(kāi)關(guān)使4DT斷電并發(fā)出電信號(hào)，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(kāi)關(guān)使5DT斷電，并發(fā)出電信號(hào)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(dòng)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(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)，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(kāi)，延時(shí)到7DT斷電，使8DT通電，手指閉合，并發(fā)出電信號(hào)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(kāi)關(guān)使4DT斷電并發(fā)出電信號(hào)，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(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)，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(dòng) 上升緩沖定位是靠可調(diào)碰鐵觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)而發(fā)出信號(hào)，切斷氣路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下降運(yùn)動(dòng)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(dòng) 手臂伸出有行程開(kāi)關(guān)適時(shí)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(méi)有定位精度要求，又終點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)適時(shí)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。 結(jié) 論 本次近距離自動(dòng)移動(dòng)式機(jī)械手臂——?dú)鈮候?qū)動(dòng)的畢業(yè)在此告于段落。它靠氣泵驅(qū)動(dòng)小車(chē)至指定地點(diǎn)，完成工件的搬運(yùn)。由于本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)機(jī)械手，但平時(shí)看到和接觸的大都是液壓的和電氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，雖然氣壓驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)總體來(lái)說(shuō)是大同小異的，但有些參數(shù)和計(jì)算還是不同的，所以還是遇到了些困難。在手臂的設(shè)計(jì)中由于沒(méi)有親眼看到過(guò)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(lái)說(shuō)至少自己努力了，也察看了很多關(guān)于這方面的資料，詢(xún)問(wèn)了老師終于基本上完成了本次設(shè)計(jì)，心里還是很高興的。剛開(kāi)始做設(shè)計(jì)的時(shí)候有些無(wú)從下手，一時(shí)掌握不到要領(lǐng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索終于有了些頭緒，但自己考慮得很簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)幾次與老師的討論后才發(fā)現(xiàn)還有很多沒(méi)考慮的地方和不足之處，感覺(jué)要搞一個(gè)設(shè)計(jì)還真不是件容易的事。 致 謝 這次設(shè)計(jì)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(duì)氣壓傳動(dòng)這方面也不太熟悉，剛開(kāi)始都不知何處下手，呂老師給了我們很多啟發(fā)。在做的過(guò)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(tīng)，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(gè)階段。在這里再次感謝呂老師的幫助！ 參 考 文 獻(xiàn) 1 曹承志.電機(jī)、拖動(dòng)與控制學(xué).第3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000 2 王庭樹(shù).機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué).第2版. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1990.12 3 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，1989.6 4 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.1991.9 5 趙錫芳.機(jī)器人動(dòng)力學(xué).第1版.上海：上海交通大學(xué)出版社，1992.12 6 高松海.遙控機(jī)器人.第1版.北京：原子能出版社，1981 7 孫耀明.微型機(jī)算計(jì)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，1987 8 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2002 9 陳奎生.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng).第1版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.8 10 何存興.張鐵華.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng).第3版.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998 11 宋學(xué)義.袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè).第1版.重慶：重慶大學(xué)出版社，1997 12 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，1995 13 李發(fā)海.王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ).第1版.北京：清華大學(xué)出版社，1994 14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，1991 15 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，1993 16 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，1988 17 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,1981 18 天津大學(xué)編寫(xiě)組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).第1版.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1979