畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)
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1、31 山東大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 姓名: 論 文 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年??扑鶎W(xué)的課程進(jìn)行的,主要有:機(jī)械零件設(shè)計(jì),機(jī)械零件圖測(cè)繪,液壓與氣動(dòng)技術(shù),PLC電子編程技術(shù),理論力學(xué),工程力學(xué)等。設(shè)計(jì)共分為六章,第一章緒論是說(shuō)明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的,意義,研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求,簡(jiǎn)述本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題。第二章總體設(shè)計(jì)以及總體說(shuō)明,對(duì)工業(yè)機(jī)械手的工作原理、組成及其種類型式進(jìn)行介紹,確
2、定整個(gè)機(jī)械手的總體方案。第三章工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì),是介紹各部件的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)的確定、性能的分析和各參數(shù)的計(jì)算;第四章工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(氣動(dòng)系統(tǒng))的設(shè)計(jì),包括:回路設(shè)計(jì),執(zhí)行元件選擇,控制元件選擇以及動(dòng)作順序表等進(jìn)行介紹。第五章工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),主要介紹了PLC的程序梯形圖。第六章是設(shè)計(jì)的總結(jié)。 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,能順利的完成,最重要的是由三位優(yōu)秀的,具有豐富經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師王曉初和李克天老師的詳細(xì)耐心的解說(shuō),教導(dǎo)。而本人也通過(guò)《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《可編程序控制器》以及參考其它有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的專業(yè)書(shū)籍,經(jīng)過(guò)十三周的努力終于把此畢業(yè)設(shè)計(jì)編制而成。 關(guān)鍵字:
3、機(jī)械手,氣動(dòng)系統(tǒng),PLC, 目 錄 1 緒論 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――-- 3 1.1 課題設(shè)計(jì)的論述 --―――――――――――――――――――――――――――― 3 1.1.1 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 --―――――――――――――――――――――― 3 1.1.2現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) --――――――――――――――――――――――― 4 1.2 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 ----―――――――――――――――――――――― 5 2 總體設(shè)計(jì) ――――
4、―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2.1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2.1.1總體說(shuō)明 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2.1.2驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 6 2.1.3整體機(jī)構(gòu)的確定 --――――――――――――――――――――――――-- 7 3 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)–--―――――――――――――――――――――― 8 3.1 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) ―――――――――――――――――――――――――
5、 8 3.2 工業(yè)設(shè)計(jì)手的參數(shù)計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――--- 8 3.2.1 手部質(zhì)量計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――- 8 3.2.2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――-- 9 3.2.3 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――――――-- 10 3.2.4 伸縮氣缸的選擇 ――――――――――――――――――――――――――-- 11 3.2.5 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 ―――――――――――――――――――――――――-- 12 3.2.6 配重計(jì)算 ――
6、―――――――――――――――――――――――――――-- 13 3.2.7 升降部分計(jì)算 --――――――――――――――――――――――――――― 14 3.2.8 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 ――――――――――――――――――――――――--- 15 3.2.9撓度計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――――--- 15 3.2.10轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算 ――――――――――――――――-- 16 4 工業(yè)機(jī)械手的控制部分設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 17 4.1 回路計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――
7、――――――――-- 17 4.2 執(zhí)行元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 17 4.3 控制元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 18 4.4 執(zhí)行元件用氣量的計(jì)算和空壓機(jī)的選擇 ―――――――――――――――――― 21 4.5 氣動(dòng)元件的清單 ――――――――――――――――――――――――――――― 22 4.6 動(dòng)作順序表 ――――――――――――――――――――――――――――――― 23 5 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)―――――――――――――――――――――――――――― 25 5.1電氣控
8、制方案設(shè)計(jì)和元件的選擇 ――――――――――――――――――――― 25 5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC及I/O端口分配圖的設(shè)計(jì) ―――――――――――― 25 5.3 PLC梯形圖的設(shè)計(jì) ―――――――――――――――――――――――――――― 25 5.4 PLC的控制程序 ―――――――――――――――――――――――――――――― 25 總結(jié) 致謝 參考文獻(xiàn) 1 緒論 1.1 課題設(shè)計(jì)的論述 機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)的主要要素之一,機(jī)械制造工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)化國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè),是我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化的重要領(lǐng)域之一。 機(jī)械設(shè)計(jì)是從使用
9、要求等出發(fā),對(duì)機(jī)械的工作原理,結(jié)構(gòu),運(yùn)動(dòng)形式,力和能量的傳遞方式,以至各個(gè)零件的材料和形狀尺寸,以及使用維修等問(wèn)題進(jìn)行構(gòu)思,分析和決策的工作過(guò)程,這種過(guò)程的結(jié)構(gòu)一般要表達(dá)成設(shè)計(jì)圖紙,說(shuō)明書(shū)以及各種技術(shù)文件。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步,是決定產(chǎn)品性能及影響產(chǎn)品制造過(guò)程的首要環(huán)節(jié)。 因此,機(jī)械設(shè)計(jì)課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計(jì)的課程。 1.1.1 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 ㈠ 工業(yè)機(jī)械手的工作原理和分類 ⒈ 原理 機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作,并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。 ⒉ 分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很
10、多按使用范圍可分為:專用機(jī)械手、通用機(jī)械手。 專用機(jī)械手—— 一般附屬于工作機(jī)器設(shè)備,動(dòng)作程序固定,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨(dú)立,亦可以附屬與工作機(jī)械設(shè)備。 通用機(jī)械手—— 獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。在規(guī)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。 按驅(qū)動(dòng)方式可分為:液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手、電動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械式機(jī)械手。 液壓機(jī)械手—— 輸出力大,傳動(dòng)平穩(wěn)。如采用電液伺服機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。液壓系統(tǒng)的密封要求嚴(yán)格,油溫對(duì)油的粘度影響較大。 氣壓機(jī)械手—— 氣源方便,輸出力小,氣壓傳動(dòng)速度快,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。但工作不
11、大穩(wěn)定,沖擊大,在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大。 電動(dòng)機(jī)械手—— 直接用直線電機(jī),功率步進(jìn)電機(jī)和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等來(lái)驅(qū)動(dòng),動(dòng)力源簡(jiǎn)單,不需要能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),維護(hù)使用方便。 機(jī)械式機(jī)械手—— 由工作機(jī)械帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng),工作可靠,動(dòng)作頻率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。但動(dòng)作固定不可變。 按控制系統(tǒng)可分為:點(diǎn)位控制、連續(xù)控制。 點(diǎn)位控制—— 只能控制工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)點(diǎn)的位置,運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制。目前使用的專用和通用的工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 連續(xù)控制—— 工業(yè)機(jī)械手按給定的速度沿給定的路線(軌跡)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限的,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都要求在控制之下。
12、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。 ⒊ 工業(yè)機(jī)械手的自由度 所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)、手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。有幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)就有幾個(gè)自由度。手指的抓取動(dòng)作不計(jì)在自由度數(shù)目?jī)?nèi)。 工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少,決定著工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作多樣化的程度。自由度數(shù)越多,它的動(dòng)作越靈活,應(yīng)用越廣。但同時(shí)也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,定位精度難以保證,整機(jī)的造價(jià)高,自重大。所以,應(yīng)按生產(chǎn)實(shí)際需要選用最少的自由度數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)械手的自由度數(shù)目為2~5個(gè)。 4.工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式 按照工業(yè)機(jī)械手手臂所具有的運(yùn)動(dòng)及其組合情況,若以坐標(biāo)形式可分為下列四種:
13、 (1)直角坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合而成。 (2)圓柱坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 (3)球坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 (4)關(guān)節(jié)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 ㈡ 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成 目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手的種類和型式比較多。從結(jié)構(gòu)型式分析,主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 ⒈ 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由手部、手腕、手臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 ⑴ 手部 它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件進(jìn)行操作的部件,要求其抓取工件牢固、
14、定位準(zhǔn)確、小損傷工件。由于抓取物件的形狀不同,手部有夾持式和吸附式等型式。 夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。常用的手指運(yùn)動(dòng)型式有回轉(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)用較廣泛;平移型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,應(yīng)用較少。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,因此適宜夾持變化范圍大的工件。 ⑵ 手腕 手腕是連接手部和手臂的部件,用來(lái)改變或調(diào)整工作的方位(即姿勢(shì))。它可以有上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng),如有特殊要求(將軸類零件放在頂尖上,將筒類、盤類零件卡在卡盤上等),手腕還可以有小距離的橫移。也有的工業(yè)機(jī)械手沒(méi)有
15、手腕。 ⑶ 手臂 手臂是機(jī)械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的部件。其作用是將被抓住工件傳送到規(guī)定位置上,它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。 工業(yè)機(jī)械手的手臂是支撐通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(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)。 ⑷ 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí),可在機(jī)座輪,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)。 ⒉ 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 ⒊ 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手
16、按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋位)系統(tǒng)組成。 1.1.2 現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì): 1.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03年的5.3萬(wàn)美元。 2.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)三位一體化;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)市。 3.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
17、件集成度高,控制柜日見(jiàn)小巧,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。 4.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),聲覺(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;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。 5.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)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。 6.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),而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)
18、成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 7.機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)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)拓其實(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)和軌道規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開(kāi)發(fā)出噴漆,弧焊,點(diǎn)焊,裝配,搬運(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
19、(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。但總的看來(lái),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)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái),約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國(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,模化設(shè)計(jì),積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
20、,我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下,也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人,6000米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平,還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人,雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人,爬壁機(jī)器人,管道機(jī)器人等機(jī)種;在機(jī)器人視覺(jué),力覺(jué),觸覺(jué),聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作,有一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù),遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人,智能裝配機(jī)器人,機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步,與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大,需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上,有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān),才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品,以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 1.2 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)
21、的基本步驟 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟包括以下: 1.根據(jù)機(jī)械手的功能要求,選定其的類型 2.分析機(jī)械手的工作情況,確定作用在機(jī)械手上的載荷。 3.根據(jù)工作情況分析,判定機(jī)械手的失效形式,從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。 4.進(jìn)行主要的參數(shù)選擇,根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸,選擇材料,考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝性要求。 5.進(jìn)行對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。 6.繪制零件圖,制訂技術(shù)要求。 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì) 2.1.1 總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作,并按設(shè)定的程序,軌跡和要求代替人手抓搬 運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動(dòng)化裝置。 機(jī)械手的總體
22、設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面綜合考慮,盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊,容易操作安全可靠,安裝維修方便,經(jīng)濟(jì)性好。 為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度,在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下,盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量,力求選高強(qiáng)度,輕質(zhì)材料,通常用高強(qiáng)度鋁合金制造。 據(jù)設(shè)計(jì)題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu),其中已確定的各項(xiàng)有: 1.本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手,是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的,程序可變,動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手工作的范圍大,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)。本工業(yè)機(jī)械手的控制定位方式是簡(jiǎn)易型的點(diǎn)定位控制,因此,其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜
23、。 2.本工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式,其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成,即沿X軸的伸縮,沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。特點(diǎn):占地面積小而活動(dòng)范圍大,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,并能達(dá)到較高的定位精度,應(yīng)用廣泛,但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系,沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置限制,故不能抓取地面上的物體。 3. 本工業(yè)機(jī)械手是四自由度機(jī)械手。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng):1 手臂的升降;2 手臂的升縮;3 手腕部回轉(zhuǎn); 4.手臂回轉(zhuǎn)。根據(jù)給出的工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù),還需確定其余各部件的設(shè)計(jì)。 2.1.2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) 根據(jù)有關(guān)資料的顯示,現(xiàn)在
24、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種,主要以下幾種方式,并進(jìn)行比較選擇: 1. 液壓傳動(dòng)機(jī)械手,是以油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手,但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格,不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大影響,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,但電液伺服閥的制造精度高,油液過(guò)濾要求嚴(yán)格,成本高, 2. 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):介質(zhì)來(lái)源極方便,不污染環(huán)境,工作可靠,氣動(dòng)動(dòng)作迅速,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,操作維修方便。但是由于空氣具有可壓縮的特點(diǎn),工作速度的穩(wěn)定性較差,而且氣源壓力較低,抓重一般在3
25、0公斤以下,適用于高速,輕載,高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3. 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手:既由機(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。它的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠,動(dòng)作頻率高,但結(jié)構(gòu)較大,動(dòng)作程序不可變。常被用于為工作主機(jī)的上,下料。 4.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)或步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手,因?yàn)椴恍柚虚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,有發(fā)展前途。 綜合上述四種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各
26、項(xiàng)規(guī)格要求,應(yīng)選用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn),則其抓重和定位都可達(dá)到,且結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單,其傳動(dòng)平穩(wěn)和動(dòng)作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 因此,本設(shè)計(jì)的四自由度工業(yè)機(jī)械手選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。 2.1.3 整體機(jī)構(gòu)的確定 1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu) (1)手部:既與物體直接接觸的部件,采用夾持式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)構(gòu)成。手指直接與物體接觸,傳力機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu),通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件,其由氣缸實(shí)現(xiàn)。 (2)手腕:是聯(lián)接手部和手臂的部件,起調(diào)整或改變工件方位的作用。本系統(tǒng)則通過(guò)由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動(dòng),實(shí)現(xiàn)方位的改變。 (3)手臂:支撐手腕和手部
27、的部件,以改變工件的位置。其作用是帶動(dòng)手指去抓取物件,并按預(yù)定要求將其搬到設(shè)定位置,本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實(shí)現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動(dòng)作。 (4)立柱:以手臂的升降氣缸兼作立柱,以便實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的緊湊和簡(jiǎn)潔。 (5)機(jī)座:是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分,各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上,起支撐和連接作用。 2. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):系統(tǒng)才用氣壓傳動(dòng)方式。 3. 控制系統(tǒng):是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開(kāi)關(guān)電氣定位以及相關(guān)的繼電器系統(tǒng)組成的系統(tǒng)控制。 4. 位置檢測(cè)盒的放置:為操作和安全,把電氣控制箱置于機(jī)座上,而把操縱盒以長(zhǎng)距離,遠(yuǎn)距離的操縱方式。操控人員可遠(yuǎn)離機(jī)械手
28、操作。 整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置布置初定大概如下所示: 爪部+夾緊缸+手腕轉(zhuǎn)動(dòng)缸+伸縮缸 + 升降缸(回轉(zhuǎn)缸) + 回轉(zhuǎn)缸(升降缸) 為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)盡量趨向于輕便簡(jiǎn)單,在此我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸,將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上,但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)缸的工作壓力是否達(dá)到系統(tǒng)的壓力要求,所以此部分將留待往后再作決定。
29、5. 手部結(jié)構(gòu) 根據(jù)已知的規(guī)格參數(shù),我們選擇爪部通過(guò)汽缸推動(dòng)楔塊帶動(dòng)爪部杠桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu),以此實(shí)現(xiàn)爪部張合的夾緊運(yùn)動(dòng)。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起,以保證楔塊縮回時(shí)杠桿端部始終與楔塊接觸。爪部的張合弧度可通過(guò)改變楔塊的斜面角度和杠桿的長(zhǎng)度和比例來(lái)調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔,受力性能良好,定位誤差小。 3 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3.1 機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 1. 抓重:50 N (額定抓取重量或額定負(fù)荷) 2. 自由度: 4 3. 坐標(biāo)形式: 圓柱坐標(biāo) 4. 最大工作半徑:1200㎜ 5. 手臂最大中心高(下降時(shí)):800㎜
30、 6. 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) ① 伸縮行程:500㎜ ② 伸縮速度:250㎜/s ③ 升降行程:300㎜ ④ 升降速度:200㎜/s ⑤ 回轉(zhuǎn)范圍:0○~180○ ⑥ 回轉(zhuǎn)速度:180○/s 7. 手腕參數(shù) ①. 回轉(zhuǎn)范圍:0○~180○ ②.回轉(zhuǎn)速度:180○㎜/s 8. 手指夾持范圍:Ф50~Ф70 9. 定位精度:1㎜ 10. 驅(qū)動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng) 11.電氣控制方式:PLC點(diǎn)位程序控制 12.電氣操作方式:手動(dòng)和自動(dòng) 3.2 工業(yè)機(jī)械手的參數(shù)總體計(jì)算 3.2.1 機(jī)械手的質(zhì)量 工件的材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu) ρ鋼=7.8103
31、kg/m3=0.0078g/㎜3 工件的質(zhì)量 m工件=G/g (3-1) =50/9.8 =5.102Kg=5102g 工件的體積 V工件=m工件/ρ鋼 (3-2) =5102/0.0078 =654103 mm3 當(dāng)
32、工件取Ф50時(shí),面積應(yīng)為 S50=π(d50/2)2 (3-3) =3.14625 =1962.5mm2 長(zhǎng)度應(yīng)為 L50=V工件/S50 (3-4) =654103/1962.5 =333.3mm 當(dāng)工件取Ф70時(shí),面積應(yīng)為
33、 S70=π(d70/2) (3-5) =π(70/2)2 =3846.5mm2 長(zhǎng)度應(yīng)為 L70=V工件/S70 (3-6) =654103/3846.5 =170.05mm 手部各部分質(zhì)量估算如下: V爪部=21.59102=4000mm3 V桿=3514202=19600mm3 V螺栓=πr2L=3.144460=3000mm3 V手部
34、=4V爪+2V桿+2V螺栓 =40004+196002+30002=65000mm3 m手部=650000.0078=507g V楔塊=1221.551.5=13000mm3 m楔塊=130000.0078=101.4g V支承板=831540=49800mm3 m支承板=498000.0078=776g m缸=1140403.5=1280g 所以,總的質(zhì)量 m總=m工件+m爪部+m爪部缸=m工件+m手部+m楔塊+m缸+m支承板 (3-7) =5102+507+101.4+1280+776 =7766.4g 3.2.2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的
35、選擇 氣缸夾緊力計(jì)算如下: 手指的角度:2θ=1200,b=35㎜ C=17㎜ 根據(jù)手部結(jié)構(gòu),其驅(qū)動(dòng)力為: P=2bNtgα/C (3-8) (1) 根據(jù)手指夾持工件的方位,可得握力公式: N=0.5siNθG/f (3-9) =0.5siN 60050/0.1 =216.5 N 則:P=2bNtgα/C = 235216.5tg150/17 =236 N 據(jù)公式:P實(shí)≥ PK1K2/η
36、 (3-10) 式中:η——手部的機(jī)械效率,一般?。?.85~0.95) K1 ——安全系數(shù),一般取(1.2~2) K2——工作條件系數(shù),主要考慮慣性力的影響,K2可近似按下式估算:K2=1+αg其中α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=0.98米/秒2) f—為被夾持工件與手指接觸的磨擦系數(shù)在這取f=0.1 一般手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率取η=0.85~0.9, 故η=0.90,K1=1.5 若被抓取工件的最大加速度取α=g,則: K2=1+α/g=1+1=2 P實(shí)=2361.52/0.90=787 N 所以,夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為787
37、N 則根據(jù)公式:P氣缸=πD2P/4 (3-11) P氣缸=πD2P/4=3.14(5010-3)25105/4 =981.5 N P氣缸=981.5N >P彈簧+P實(shí)際 =142.5 +787=929.5 N 式中: D為氣缸直徑假設(shè)為50mm P為氣壓假設(shè)為5105Pa 所以選用MDBB50--35氣缸合適. m夾緊=1140+503.5=1315g 3.2.3 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 當(dāng)工件取Ф70時(shí),R=0.035>L/8=0.17/8=0.02125
38、則根據(jù)公式:J工件=m(L2+3R2)/12得: (3-12) J工件=m(L2+3R2)/12 =5.1(0.172+30.0352)/12 =0.0138Kgm2 當(dāng)工件取Ф50時(shí),R=0.025<L/8=0.3333/8=0.04166 則根據(jù)公式:J工件=mL2/12得: (3-13) J工件=mL2/12 =5.10.33332/12 =0.0472
39、Kgm2 因此J工件?。使ぜ叮担埃剑埃埃矗罚睰gm2計(jì)算 根據(jù)公式:J手爪=m(a2+b2)/12得: (3-14) J手爪=m(a2+b2)/12 =2.7(0.072+0.0352)/12 =0.0015Kgm2 M慣=(J工件+J手爪)ω/△ (3-15) =(0.04172+0.0015)3.14/0.1 =1.5292Nm 根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)受力圖
40、 , 得: M驅(qū)=M慣+M偏+M摩+M封 (3-16) 為簡(jiǎn)化計(jì)算可不計(jì)密封裝置處的摩擦阻力矩,因此乘安全系數(shù)1.1即可 M驅(qū)=1.1M慣=1.11.5292=1.682Nm. 所以選用CDRB1BW50-180S大型葉片式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸. 其參數(shù)為:M驅(qū)=3Nm. 則,由以上結(jié)果可得手腕回轉(zhuǎn)受力如圖3-1 圖3-1 手腕回轉(zhuǎn)受力圖 3.2.4 伸縮氣缸的選擇 1. 計(jì)算摩擦力:
41、彎矩M的計(jì)算 工件:X1=700+500-326=847(mm) 爪部:X2=600+500-326=774(mm) 腕部:X3=442+500-326=616(mm) 導(dǎo)桿:X4=250mm m1=5.1Kg m2=3.2Kg (約為3.0 取3.2) m3=1.5Kg (約為1.4 取1.5)m4=42=8Kg (約為3.8 取4.0) M=M1+M2+M3+M4
42、 (3-17) =5.10.8749.8+3.20.7749.8+1.50.6169.8+80.259.8 ≈96.6 Nm 根據(jù)手臂伸出時(shí)的受力狀態(tài)得:G=G1+G2+G3+G4 (3-18) G=G1+G2+G3+G4 =(5.1+3.2+1.5+8)9.8=17.89.8=174.44N 根據(jù): 2N2=2N1+G……(1) N1=M/f……(2)
43、 解得:N1=M/0.15=96.5/0.15=644N N2=(2N+G)/2=(2644+174.44)/2 =731.22 N 根據(jù)公式:F摩2=fN2 (3-19) =731.220.152=219.4 N (其中:鋼-青銅f=0.1~0.15(潤(rùn))) F摩1=fN1=6440.152=193.2 N F摩=F摩1+F摩2=193.2+219.4=41
44、2.6 N 2. 慣性力計(jì)算 F慣=ma (3-20) =(m1+m2+m3+m4)a =17.81.25=22.25N 其中, a=250/0.2mm/S =1.25m/s F摩+F慣=412.6+22.25=434.85N F缸驅(qū)=P工作(πd缸2/4) =51.01106(4010-3)23.14/4 ≈507.5 N 所以SMC MB系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸 MDBB50-500合適,查
45、資料得:材料為鋁合金的MDBB50-500氣缸行程為零時(shí)質(zhì)量為1140g,每增加10mm行程則質(zhì)量增加40g m伸縮缸=1140+5040=3140g 3.2.5 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 P=N2/S (3-21) =731.22/(0.030.03)=0.0812106Pa =0.812MPa 所以,P<[P]=15MPa V=0.25m/s P
46、V=0.08121060.25=0.203106Pa =0.203MPa<[PV]=15MPa/s σ=M/W (3-22) =(87.50.5)/[(π/32)(3010-3)3] =18.2106Pa =18.2MPa 所以,σ<[σ]=100MPa (45鋼[σ]=100 MPa) m伸縮導(dǎo)桿=(πd2/4)L伸縮ρ缸
47、 (3-23) =(3.14302/4) 7207.8103 =3968g 3.2.6 配重計(jì)算 偏重力矩即手臂及其上所支承的全部零件的重量(作用在各自重心上)對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸的靜力矩,用M偏表示,手臂前伸時(shí)則偏重力矩為最大。若G1G2G3G4和X1X2X3X4分別為工件,手部、手腕、手臂之重量和重心位置至手臂回轉(zhuǎn)軸的距離,則手臂,手腕等部件的總重量G為: G=G1+G2+G3+G4+……=ΣGi (3-24)
48、 式中i——表示工件、手部、手腕、手臂等零部件的順序號(hào)。 各零部件的總重心位置距手臂回轉(zhuǎn)軸軸線的距離為P,其值為: ρ=(G1X1+G2X2+……)/(G1+G2+……) =ΣGiXi/ΣGi 厘米 (3-25) 其偏重力矩M偏為:M偏=Gp=ΣGiXi 公斤?厘米 當(dāng)手臂處于伸長(zhǎng)和回縮狀態(tài)時(shí),立柱所受偏重力矩分別為: ρ縮=(G工件X工件+G手爪X手爪+G腕部回轉(zhuǎn)缸X腕部回轉(zhuǎn)缸 +G伸縮導(dǎo)向X伸縮導(dǎo)向 -G伸縮缸X伸縮缸)/(G工件+G手爪 +
49、G腕部回轉(zhuǎn)缸+G伸縮導(dǎo)向+G伸縮缸) (3-26) =(5.1700+3.2570+1.2450+913-1.8183) /(5.1+3.2+1.2+9+1.81) =5900.77/20.31=290.5 mm ρ縮=(G工件X/工件+G手爪X/手爪+G腕部回轉(zhuǎn)缸X/腕部回轉(zhuǎn)缸+G伸縮導(dǎo)向 X/伸縮導(dǎo)向 -G伸縮缸X/伸縮缸)/(G工件+G手爪+G腕部回轉(zhuǎn)缸 +G伸縮導(dǎo)向+G伸縮缸) (3-27) =(5.
50、11200+3.21070+1.2950+9355-1.8130) /(5.1+3.2+1.2+9+1.81) =670.1 mm M縮=Gρ縮 =20.319.8290.5=57.8 Nm M伸=Gρ伸 =20.319.8670.1=133.4 Nm 由于要將偏重力矩減至最小,因此配重取兩者的中間值。 M中間值=95.6 Nm ρ中間值=450mm=0.45mm 則:G配重=M中間值/ρ中間值=95.6/0.45=212.4 N m配重=G配重/g=212.4/9.8=21.7 kg V配重=m配重/ρ鋼=21.7/(7.810-6)=2.78106
51、mm3 (a: 150 b:200 h:92) 3.2.7 升降部分計(jì)算 工業(yè)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)和升降機(jī)構(gòu)安裝在底座上,它們支承著手臂伸縮機(jī)構(gòu),手腕和手部。 升降導(dǎo)向立柱不自鎖的條件——因?yàn)槭直墼诳傊亓浚堑淖饔孟掠幸豁槙r(shí)針?lè)较騼A斜的趨勢(shì),而導(dǎo)套卻阻止手臂這種趨勢(shì),若導(dǎo)套對(duì)升降立柱的作用力為R1和R2,根據(jù)升降立柱的力平衡條件得: ΣFX=0 R1=R2 ΣmA(F)=0 R1h=Gρ 則:R1=Gp/h (3-28) 所謂不自
52、鎖的條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑。從力的觀點(diǎn)分析必須使 G>F1 +F2=2F1=2R1f=2ρGf/h 所以:h>2fρ 式中:f——摩擦系數(shù)。一般取0.1,這里考慮到摩擦的副作用則取0.16。 ρ——偏重力臂即手臂等部件總重量的重心到立柱軸線間的距離。 m托板=863200127.810-6=16.2 kg m總1=20.31+16.2+21.7=58.21 kg P慣=m總1a=58.210.2/0.1=116.42 N M總1=M伸-M配重=133.4-95=38.4 Nm ρ總1=M總1/G總1=38.4/
53、(58.219.8)=0.0673 m=67.3 mm (h=150 mm>2fρ總1=20.267.3=26.92 mm) m托連=103.1410027.810-3=2449.2 g=2.45 kg R=M總1/h=38.4/0.15=256 N P摩=2Rf=22560.15=76.8 N P驅(qū)=1.2(P慣+P摩)+G總1+G連 =1.2(116.42+76.8) +58.219.8+2.459.8≈826.332 N P缸驅(qū)=(πd2/4)p工作壓力=3.145020.5106/4 =981.25 N >
54、P驅(qū)=826.332 N 所以,可選用MDBB50--300 3.2.8 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 當(dāng)手臂伸出到最大范圍時(shí),回轉(zhuǎn)中心所受的彎矩最大。 根據(jù)公式:σ=M/W。 (3-29) σ=M/W=38.4/[(π/32) (3010-3)3] ≈12.5 MPa<[σ]=100 MPa 45鋼[σ]=100 MPa 校核升降氣缸缸頭銷: P升降缸=3.145020.5106/4=981.25 N τ=P/S
55、=P/(πd2/4) (3-30) =(981.254)/3.14(810-3)2 =19.5 MPa<[τ]=58 MPa σbS=P/AbS =981.25/(815)10-6 =8.17 MPa<[σbS]=100 MPa 所以此銷安全。 3.2.9 撓度計(jì)算 考慮導(dǎo)桿在全伸出時(shí)撓度最大。 G工件=5.19.8=50N G手爪=3.29.8=31.36N 800mm G手腕=1.29.8 =1
56、1.76N G手部和工件=G工件+G手爪+G手腕 =93N G手部和工件 工件重心到導(dǎo)向套端面距離=1200-324 =876 mm 手爪重心到導(dǎo)向套端面距離=1070-324 =746 mm 手腕重心到導(dǎo)向套端面距離=950-324 =626 mm 工件及手部總重心到導(dǎo)向套端面距離 = 5.1876 +3.2 746+ 1.2626)/9.5=800 mm 將導(dǎo)桿看作是懸臂梁,根據(jù)撓度計(jì)算公式: y(手部)= G(C2/6EI)(3L-C)
57、 (3-31) 考慮到是雙導(dǎo)桿, 每個(gè)導(dǎo)桿的徑向受力為1/2 G手部和工件 查表得 E鋼材=2.11011Pa 導(dǎo)桿的極慣性矩I=ПD4/64 =П304 /64 =39760 mm4 C=800 mm 手爪夾持中心到導(dǎo)向套端面距離L=345+500=845 mm y(手部)= 1/2G手部和工件(C2/6EI)(3L-C) =46.5(8002/62.11011 39760) (3845-800) =1 mm 經(jīng)過(guò)核算,導(dǎo)桿撓度基本符合要求。 3.2.10 轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算 根據(jù)公式: ① m總2=m工件+
58、m爪部+m腕部回轉(zhuǎn)缸+m伸縮缸+m伸縮導(dǎo)向+m配重+m托板 (3-32) m總2=m工件+m爪部+m腕部回轉(zhuǎn)缸+m伸縮缸+m伸縮導(dǎo)向+m配重+m托板 =5.1+2.67+1.3+9+23.2+15.2=56.5 kg ρ總2=(7005.1+6222+4421.5-5010.3-40023.2 -6815.2)/56.5=-130.21 mm=-0.132 m ② J總2=(m/12)/(L2+a2) (3-33) J總2=(m/12)/(L2+a2) =56.5(11702+2002
59、)/12 =6.65106 kgmm2 =6.65kgm2 J0=J總2+m總2ρ總22=6.65+56.5(-0.132)2=7.63 kgm2 m升降=2.9+2.5+0.6+6.4+1=13.4 kg J升降=(m/12)/(12+a2)=13.4(5842+602)/12 =0.3910106 kgmm2=0.39 kgm2 J總=J升降+J0=7.63+0.39=8.02kgm2 M慣=J總(△ω/△t)=(8.023.14/2)/0.3=42.34 Nm M驅(qū)
60、=1.1M慣=1.142.34=46.57 Nm M手臂回轉(zhuǎn)缸=66.6 Nm > 46.57 Nm 可選用SMC MSQ系列轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸氣缸MSQB200A。 4 直角坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的控制部分計(jì)算 4.1 回路計(jì)算 氣動(dòng)執(zhí)行元件的工作順序圖: 1)第一次上升→ 2)→手臂伸出 3) 手爪夾緊→4)延 時(shí)→5)手臂縮回 ↑ ↓
61、 14)手腕反轉(zhuǎn) 6)第一次下降 ↑ ↓ 13)回轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn) 7)手腕正轉(zhuǎn) ↑ ↓ 12)第二次手臂縮回←11)延時(shí)←10)手爪松開(kāi)← 9)第二次
62、手臂伸出←8)回轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn) 4.2 執(zhí)行元件選擇 1 類型與主要尺寸參數(shù)如下表(表4-1) ` 氣缸或 馬達(dá) 標(biāo)號(hào) 內(nèi)徑 mm 活塞桿直徑 mm 行程 mm 全行程需要時(shí)(s) 耗氣量 cm3/s 指部 夾緊缸 MDBB50-35 50 0 35 0.5 87.92 腕部 葉片馬達(dá) CDRB1BW50-180S 50 0 ~ 180 臂部 伸縮缸 CDA1BN40-500 40 10 500 2 118.335 升降缸 MDBB50-300 5
63、0 16 300 1.5 352.308 齒輪齒條馬達(dá) QGK-1RSD80T180-E2 80 0 ~ 180 表4-1 類型與主要尺寸參數(shù) 2 耗氣量計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)--5》,可得計(jì)算公式 有桿腔: Q=π(D2-d2)S/(4t) (4-1) 無(wú)桿腔: Q= πD2S/(4t) (4-2) Q——每秒鐘壓縮空氣消耗量 D——?dú)飧變?nèi)徑(大徑) d——?dú)飧谆钊麠U直徑(小
64、徑) S——?dú)飧仔谐? t——桿單向伸縮時(shí)間 1)夾緊缸:已知缸徑D=0.040米,行程s=0.035米,全行程需時(shí)間t1=0.5秒,代入4-2式,可算出壓縮空氣量: Qa=π0.0420.035/(40.5)≈87.92cm3/s 2)伸縮缸:已知缸徑D=0.050米,小徑d=0.016米,行程s=0.5米,全行程需時(shí)間t2=2秒,代入4-1式,可算出壓縮空氣量: Qb=π(0.042-0.012)0.5/(42)≈297.375cm3/s 3)升降缸:已知缸徑D=0.050米,小徑d=0.01米,行程s=0.3米,全行程
65、需時(shí)間t2=2秒,代入4-1式,可算出壓縮空氣量: Qc=π(0.052-0.0162)0.3/(41.5)≈352.308cm3/s 4) 腕部馬達(dá)耗氣量: 根據(jù)公式可可算出壓縮空氣量: G=pznV1/(RT1) (4-3)Q=GRT0/P0 (4-4) Qd=pznV1/(RT1)RT0/P0 =5.0105Z30 V1/(1.013105)
66、 =148ZV1 m3/min 注意:由于Z和V1的具體參數(shù)不全,故具體的數(shù)據(jù)不能算出.舉有關(guān)資料顯示其值小于352 cm3/s 5) 臂部馬達(dá)耗氣量: Qd=pznV1/(RT1)RT0/P0 =5.0105Z30 V1/(1.013105)=148ZV1 m3/min 由于Z和V1的具體參數(shù)不全,故具體的數(shù)據(jù)不能算出.舉有關(guān)資料顯示其值小于352 cm3/s 4.3 控制元件的選擇 1)選擇類型 根據(jù)系統(tǒng)對(duì)控制元件的工作能力及流量要求,按照氣動(dòng)回路原理圖,初選各控制閥如下: 主控電磁換向閥:為SMC之VF5000系列和SMC之S
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