小型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

《小型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《小型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)（23頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1小型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)學(xué) 生：鐘陽(yáng) 指導(dǎo)老師：陳文凱(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)摘 要：本文主要進(jìn)行了氣動(dòng)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)設(shè)計(jì)。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)由氣缸、氣爪和連接件組成，可按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓取、搬運(yùn)和卸載。氣動(dòng)部分的設(shè)計(jì)主要是選擇合適的控制閥，設(shè)計(jì)合理的氣動(dòng)控制回路，通過(guò)控制和調(diào)節(jié)各個(gè)氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來(lái)使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種, 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；氣缸；控制閥；回路；設(shè)計(jì) Design of Small Pneumatic Manipulator Student:zhong yang Tutor:chen wenkai(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract:This article mainly has carried on the overall structural design and aerodynamic design of pneumatic manipulator. Robot mechanical structure is composed of a cylinder, a pneumatic claw and a connecting piece, according to a predetermined trajectory, on a workpiece gripping, conveying and unloading. Pneumatic main part of the design is to choose appropriate control valve, the rational design of pneumatic control circuit, the control and regulation of each cylinder of compressed air pressure, flow and direction to the pneumatic actuator to obtain the necessary force, speed of action and change the direction of movement, and according to the prescribed procedures work.Pneumatic machinery as a manipulator, which has the advantages of simple structure, light weight, quick action, stable, reliable, energy saving and no pollution to environment has been widely used. Key words: Pneumatic manipulator; cylinder; control valve; Circuit; the design 21 前言 機(jī) 械 工 業(yè) 是 國(guó) 民 的 裝 備 部 ， 是 為 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 提 供 裝 備 和 為 人 民 生 活 提 供 耐 用 消費(fèi) 品 的 產(chǎn) 業(yè) 。 不 論 是 傳 統(tǒng) 產(chǎn) 業(yè) ， 還 是 新 興 產(chǎn) 業(yè) ， 都 離 不 開(kāi) 各 種 各 樣 的 機(jī) 械 裝 備 ， 機(jī)械 工 業(yè) 所 提 供 裝 備 的 性 能 、 質(zhì) 量 和 成 本 ， 對(duì) 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 各 部 門(mén) 技 術(shù) 進(jìn) 步 和 經(jīng) 濟(jì) 效 益 有很 大 的 和 直 接 的 影 響 。 機(jī) 械 工 業(yè) 的 規(guī) 模 和 技 術(shù) 水 平 是 衡 量 國(guó) 家 經(jīng) 濟(jì) 實(shí) 力 和 科 學(xué) 技 術(shù)水 平 的 重 要 標(biāo) 志 。 因 此 ， 世 界 各 國(guó) 都 把 發(fā) 展 機(jī) 械 工 業(yè) 作 為 發(fā) 展 本 國(guó) 經(jīng) 濟(jì) 的 戰(zhàn) 略 重 點(diǎn)之 一 。工 業(yè) 機(jī) 械 手 是 近 幾 十 年 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 高 科 技 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 設(shè) 備 。 工 業(yè) 機(jī) 械 手 的是 工 業(yè) 機(jī) 器 人 的 一 個(gè) 重 要 分 支 。 它 的 特 點(diǎn) 是 可 通 過(guò) 編 程 來(lái) 完 成 各 種 預(yù) 期 的 作 業(yè) 任 務(wù) ，在 構(gòu) 造 和 性 能 上 兼 有 人 和 機(jī) 器 各 自 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 尤 其 體 現(xiàn) 了 人 的 智 能 和 適 應(yīng) 性 。 機(jī) 械 手作 業(yè) 的 準(zhǔn) 確 性 和 各 種 環(huán) 境 中 完 成 作 業(yè) 的 能 力 ， 在 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 各 領(lǐng) 域 有 著 廣 闊 的 發(fā) 展 前景 。機(jī) 械 手 是 在 機(jī) 械 化 ， 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 新 型 裝 置 。 在 現(xiàn) 代 生 產(chǎn)過(guò) 程 中 ， 機(jī) 械 手 被 廣 泛 的 運(yùn) 用 于 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 中 ， 機(jī) 械 人 的 研 制 和 生 產(chǎn) 已 成 為 高 技 術(shù)鄰 域 內(nèi) ， 迅 速 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 門(mén) 新 興 的 技 術(shù) ， 它 更 加 促 進(jìn) 了 機(jī) 械 手 的 發(fā) 展 ， 使 得 機(jī)械 手 能 更 好 地 實(shí) 現(xiàn) 與 機(jī) 械 化 和 自 動(dòng) 化 的 有 機(jī) 結(jié) 合 。 機(jī) 械 手 雖 然 目 前 還 不 如 人 手 那 樣靈 活 ， 但 它 具 有 能 不 斷 重 復(fù) 工 作 和 勞 動(dòng) ， 不 知 疲 勞 ， 不 怕 危 險(xiǎn) ， 抓 舉 重 物 的 力 量 比人 手 力 大 的 特 點(diǎn) ， 因 此 ， 機(jī) 械 手 已 受 到 許 多 部 門(mén) 的 重 視 ， 并 越 來(lái) 越 廣 泛 地 得 到 了 應(yīng)用 。機(jī) 械 手 技 術(shù) 涉 及 到 力 學(xué) 、 機(jī) 械 學(xué) 、 電 氣 液 壓 技 術(shù) 、 自 動(dòng) 控 制 技 術(shù) 、 傳 感 器 技 術(shù)和 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 等 科 學(xué) 領(lǐng) 域 ， 是 一 門(mén) 跨 學(xué) 科 綜 合 技 術(shù) 。 機(jī) 械 手 是 一 種 能 自 動(dòng) 化 定 位 控制 并 可 重 新 編 程 序 以 變 動(dòng) 的 多 功 能 機(jī) 器 ， 它 有 多 自 由 度 ， 可 用 來(lái) 搬 運(yùn) 物 體 以 完 成 在各 個(gè) 不 同 環(huán) 境 中 工 作 。氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 作 為 機(jī) 械 手 的 一 種 , 它 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 重 量 輕 、 動(dòng) 作 迅 速 、 平 穩(wěn) 、可 靠 、 節(jié) 能 和 不 污 染 環(huán) 境 等 優(yōu) 點(diǎn) 而 被 廣 泛 應(yīng) 用 。氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 強(qiáng) 調(diào) 模 塊 化 的 形 式 , 現(xiàn) 代 傳 輸 技 術(shù) 的 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 在 控 制 方 面 采 用了 先 進(jìn) 的 閥 島 技 術(shù) (可 重 復(fù) 編 程 等 ), 氣 動(dòng) 伺 服 系 統(tǒng) (可 實(shí) 現(xiàn) 任 意 位 置 上 的 精 確 定位 ), 在 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 上 全 部 采 用 模 塊 化 的 拼 裝 結(jié) 構(gòu) 。90 年 代 初 , 由 布 魯 塞 爾 皇 家 軍 事 學(xué) 院 Y. Bando 教 授 領(lǐng) 導(dǎo) 的 綜 合 技 術(shù) 部 開(kāi) 發(fā)研 制 的 電 子 氣 動(dòng) 機(jī) 器 人 ——“阿 基 里 斯 ” 六 腳 勘 探 員 , 是 氣 動(dòng) 技 術(shù) 、 PLC 控 制技 術(shù) 和 傳 感 技 術(shù) 完 美 結(jié) 合 產(chǎn) 生 的 “六 足 動(dòng) 物 ”。 6 個(gè) 腳 中 的 每 一 個(gè) 腳 都 有 3 個(gè) 自3由 度 , 一 個(gè) 直 線 氣 缸 把 腳 提 起 、 放 下 , 一 個(gè) 擺 動(dòng) 馬 達(dá) 控 制 腳 伸 展 /退 回 運(yùn) 動(dòng) , 另一 個(gè) 擺 動(dòng) 馬 達(dá) 則 負(fù) 責(zé) 圍 繞 腳 的 軸 心 做 旋 轉(zhuǎn) 之 用 。由 漢 諾 威 大 學(xué) 材 料 科 學(xué) 研 究 院 設(shè) 計(jì) 的 氣 動(dòng) 攀 墻 機(jī) 器 人 , 它 集 遙 感 技 術(shù) 和 真 空技 術(shù) 于 一 體 , 成 功 地 解 決 了 垂 直 攀 緣 等 視 為 危 險(xiǎn) 工 作 的 操 作 問(wèn) 題 。T ron-X 電 子 氣 動(dòng) 機(jī) 器 人 , 能 與 人 親 切 地 握 手 ,它 的 頭 部 、 腰 部 、 手 能 與 人 類(lèi)一 樣 彎 曲 運(yùn) 動(dòng) , 并 且 有 良 好 的 柔 韌 性 。 在 幕 后 操 縱 人 員 的 操 作 下 (或 通 過(guò) 自 身 的編 程 控 制 ) 能 與 人 進(jìn) 行 對(duì) 話 , 或 作 自 我 介 紹 等 。 T ron-X 電 子 氣 動(dòng) 機(jī) 器 人 集 電 子技 術(shù) 、 氣 動(dòng) 技 術(shù) 和 人 工 智 能 為 一 體 , 它 告 訴 我 們 , 氣 動(dòng) 技 術(shù) 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 器 人 中 最難 解 決 的 靈 活 的 自 由 度 , 具 有 在 足 夠 工 作 空 間 的 適 應(yīng) 性 、 高 精 度 和 快 速 靈 敏 的 反應(yīng) 能 力 ?，F(xiàn) 代 汽 車(chē) 制 造 工 廠 的 生 產(chǎn) 線 ， 尤 其 是 主 要 工 藝 是 焊 接 的 生 產(chǎn) 線 ， 大 多 采 用 了 氣動(dòng) 機(jī) 械 手 。 車(chē) 身 在 每 個(gè) 工 序 的 移 動(dòng) ； 車(chē) 身 外 殼 被 真 空 吸 盤(pán) 吸 起 和 放 下 ， 在 指 定 工 位的 夾 緊 和 定 位 ； 點(diǎn) 焊 機(jī) 焊 頭 的 快 速 接 近 、 減 速 軟 著 陸 后 的 變 壓 控 制 點(diǎn) 焊 ， 都 采 用 了各 種 特 殊 功 能 的 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 。 高 頻 率 的 點(diǎn) 焊 、 力 控 的 準(zhǔn) 確 性 及 完 成 整 個(gè) 工 序 過(guò) 程 的高 度 自 動(dòng) 化 ， 堪 稱(chēng) 是 最 有 代 表 性 的 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 應(yīng) 用 之 一 。 在 彩 電 、 冰 箱 等 家 用 電 器 產(chǎn) 品 的 裝 配 生 產(chǎn) 線 上 ， 在 半 導(dǎo) 體 芯 片 、 印 刷 電 路 等 各種 電 子 產(chǎn) 品 的 裝 配 流 水 線 上 ， 不 僅 可 以 看 到 各 種 大 小 不 一 、 形 狀 不 同 的 氣 缸 、 氣 爪 ，還 可 以 看 到 許 多 靈 巧 的 真 空 吸 盤(pán) 將 一 般 氣 爪 很 難 抓 起 的 顯 像 管 、 紙 箱 等 物 品 輕 輕 地吸 住 ， 運(yùn) 送 到 指 定 目 標(biāo) 位 置 。 對(duì) 加 速 度 限 制 十 分 嚴(yán) 格 的 芯 片 搬 運(yùn) 系 統(tǒng) ， 采 用 了 平 穩(wěn)加 速 的 SIN 氣 缸 。 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 用 于 對(duì) 食 品 行 業(yè) 的 粉 狀 、 粒 狀 、 塊 狀 物 料 的 自 動(dòng) 計(jì) 量 包 裝 ； 用 于 煙草 工 業(yè) 的 自 動(dòng) 卷 煙 和 自 動(dòng) 包 裝 等 許 多 工 序 。 如 酒 、 油 漆 灌 裝 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 ； 自 動(dòng) 加 蓋 、安 裝 和 擰 緊 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 ， 牛 奶 盒 裝 箱 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 等 。 2 氣動(dòng)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案2.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)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 所 組 成 。 執(zhí)行 機(jī) 構(gòu) 主 要 是 機(jī) 械 手 賴(lài) 以 完 成 工 作 任 務(wù) 的 實(shí) 體 ， 通 常 由 桿 件 和 關(guān) 節(jié) 組 成 。 從 功 能 的角 度 ， 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 可 分 為 ： 手 部 、 腕 部 、 臂 部 、 腰 部 和 基 座 等 。2.1.1 手部手 部 又 稱(chēng) 末 端 執(zhí) 行 器 ， 是 工 業(yè) 機(jī) 械 手 直 接 進(jìn) 行 工 作 的 部 分 ， 可 以 是 各 種 夾 持 器 。有 時(shí) 人 們 也 把 諸 如 電 焊 槍 、 油 漆 噴 頭 等 劃 作 機(jī) 器 手 的 手 部 。 氣 動(dòng) 手 指 是 模 擬 人 的 手4指 抓 緊 工 件 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 手 的 動(dòng) 作 的 氣 缸 。 按 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 可 分 為 旋 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動(dòng) 型 、 平 行 開(kāi)閉 型 、 支 點(diǎn) 開(kāi) 閉 型 和 三 爪 開(kāi) 閉 型 。2.1.2 腕部腕 部 與 手 部 相 連 ， 主 要 功 能 是 帶 動(dòng) 手 部 完 成 預(yù) 定 姿 態(tài) ， 是 操 作 機(jī) 的 中 結(jié) 構(gòu) 最 為復(fù) 雜 的 部 分 。 手 腕 有 獨(dú) 立 的 自 由 度 。 有 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 、 上 下 擺 動(dòng) 、 左 右 擺 動(dòng) 。 一 般 腕 部設(shè) 有 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 再 增 加 一 個(gè) 上 下 擺 動(dòng) 即 可 滿 足 工 作 要 求 ， 有 些 動(dòng) 作 較 為 簡(jiǎn) 單 的 專(zhuān) 用 機(jī)械 手 ， 為 了 簡(jiǎn) 化 結(jié) 構(gòu) ， 可 以 不 設(shè) 腕 部 ， 而 直 接 用 臂 部 運(yùn) 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 手 部 搬 運(yùn) 工 件 。目 前 ， 應(yīng) 用 最 為 廣 泛 的 手 腕 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 為 回 轉(zhuǎn) 氣 壓 缸 ， 它 的 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 靈 巧但 回 轉(zhuǎn) 角 度 小 ， 一 般 小 于 270 度 ,并 且 要 求 嚴(yán) 格 密 封 ， 否 則 就 難 保 證 穩(wěn) 定 的 輸 出扭 距 。 因 此 在 要 求 較 大 回 轉(zhuǎn) 角 的 情 況 下 ， 采 用 齒 條 傳 動(dòng) 或 鏈 輪 以 及 輪 系 結(jié) 構(gòu) 。2.1.3 臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具） ，并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位） ，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。2.2 機(jī)械手的基本形式選擇常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4 種:(1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手；(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手； (3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手；(4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型。2.3 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有 4 個(gè)自由度：手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；機(jī)身回轉(zhuǎn)；機(jī)身升降。5本設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要由 3 個(gè)大部件和 4 個(gè)氣缸組成：手部，采用一個(gè)氣爪，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手爪的張合。臂部，采用直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮。機(jī)身，采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。氣動(dòng)機(jī)械手因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、安全、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇氣壓驅(qū)動(dòng) [1]。設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):（1）抓重:2Kg (夾持式手部)（2）自由度數(shù):4個(gè)自由度（3）座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo)（4）最大工作半徑:600mm（5）手臂最大中心高:400mm（6）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)伸縮行程：350mm伸縮速度： 200mm/s?升降行程：250mm升降速度： 100mm/s回轉(zhuǎn)范圍：0~360°回轉(zhuǎn)速度： 60mm/s?3 手部的設(shè)計(jì)3.1 手部的基本要求為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是圓柱形式時(shí)，使用夾持式手部；如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤(pán)式結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)采用的是夾持式手部結(jié)構(gòu)。3.1.1 夾持式手部結(jié)構(gòu)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜鍥杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。3.1.2 對(duì)手部的基本要求6（1）具有足夠的夾緊力；在確定手指的夾緊力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。（2）手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角；兩手指張開(kāi)和閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮，一般 來(lái) 說(shuō) ， 如 工 作 環(huán) 境 許 可 ， 開(kāi) 閉 范 圍 大 一 些 較 好 。（3）保證工件準(zhǔn)確定位；在設(shè)計(jì)的過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)些許偏差，所以在選用配合的時(shí)候都采用 IT8 級(jí)，能滿足工件的定位。（4）具有足夠的強(qiáng)度和剛度；手部的材料通常采用強(qiáng)度和剛度都要同時(shí)能滿足抓取物件的大小，但同時(shí)也考慮到是氣壓傳動(dòng)，力比較小，所以不會(huì)采用鋼材類(lèi)等。（5）考慮被抓工件的形狀要求。3.2 手 部 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)根據(jù)本機(jī)械手的使用范圍，本機(jī)械手采用手指式機(jī)械手部。根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便如圖 1。圖 1 齒輪齒條式手部Fig 1 The hand of gear wheel 之所以不選用平行開(kāi)閉手指是因?yàn)槠渌鶌A緊的工件直徑較大，開(kāi)閉行程比較難滿足。3.3 手部的計(jì)算73.3.1 手指夾緊力的計(jì)算手 指 夾 在 工 件 上 的 夾 緊 力 時(shí) 設(shè) 計(jì) 手 部 的 主 要 依 據(jù) ， 一 般 來(lái) 說(shuō) 手 指 對(duì) 工 件 的 夾 緊力 可 按 下 式 計(jì) 算 ：GKFN321?（ 1）式 中 ：——安 全 系 數(shù) ， 有 機(jī) 械 手 的 工 藝 及 設(shè) 計(jì) 要 求 確 定 ， 通 常 在 1.2~2.0， 故 取1K1.5；——工 件 情 況 系 數(shù) ， 主 要 考 慮 慣 性 力 的 影 響 ， 計(jì) 算 最 大 加 速 度 ， 得 出 工 件2情 況 系 數(shù) ， =1+a/g=1+[(200/100-0)/10]/10=1.02， 故 取 1；2——方 位 系 數(shù) ， 根 據(jù) 手 指 與 工 件 形 狀 以 及 工 件 位 置 不 同 進(jìn) 行 選 定 ，3K， 摩 擦 系 數(shù) ,故 取 3。f/sin5.0??06,.??f——被 抓 取 的 工 件 的 重 量 KgG所 以。NFN92315.??3.3.2 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算根 據(jù) 手 部 結(jié) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 示 意 圖 ， 其 驅(qū) 動(dòng) 力 為 ：NFRbp?（ 2）由圖 3-2 可知，b=120mm ,R=24mm,故=90NFRbp2?實(shí) 際 驅(qū) 動(dòng) 力 ：?/21KP?實(shí) 際（ 3）因 為 8 級(jí) 精 度 的 齒 輪 傳 動(dòng) 的 效 率 ， ， 。97.0??5.12?所 以 N.39??實(shí) 際P所 以 夾 持 工 件 時(shí) 所 需 夾 緊 氣 缸 的 驅(qū) 動(dòng) 力 為 139.2N。3.3.3 氣壓缸直徑計(jì)算本 氣 缸 屬 于 單 向 作 用 氣 缸 。 根 據(jù) 力 平 衡 原 理 ， 單 向 作 用 氣 缸 活 塞 桿 上 的 輸 出8推 力 必 須 克 服 彈 簧 的 反 作 用 力 和 活 塞 桿 工 作 時(shí) 的 總 阻 力 。 其 公 式 為 ： （ 4）ztFPDF-4/=21?式 中 ：——活 塞 桿 上 的 推 力 ， N1——彈 簧 反 作 用 力 ， Nt——?dú)?缸 工 作 時(shí) 的 總 阻 力 ， NzF——?dú)?缸 工 作 壓 力 ， Pa。P彈 簧 反 作 用 力 計(jì) 算 如 下 ： )(slGFft??nDdf314/2t?式 中 ：——彈 簧 剛 度 ， N/mfG——彈 簧 預(yù) 壓 縮 量 ， ml——活 塞 行 程 ， ms——彈 簧 鋼 絲 直 徑 ， m1d——彈 簧 平 均 直 徑 ， mtD——彈 簧 外 徑 ， m2——彈 簧 有 效 圈 數(shù) ，n——彈 簧 材 料 剪 切 模 量 ， 一 般 取GPaG9104.7??在 設(shè) 計(jì) 中 ， 必 須 考 慮 負(fù) 載 率 的 影 響 ， 故 ：?tFDF-/=21??（ 5）由以上分析得單向作用氣缸的直徑:??pt+(4=1（6）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得： nDGdCf314?9= 15×)03(×8).14.79349=3677.46(/m)slGFft??=3677.46 60?31?=220.6(N) 所 以 可 得 到 ??pFDt1?= 216].0)5.()6.20.39(4[ ?????=39.08(mm)查 《 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) （ 氣 壓 傳 動(dòng) ） 》 表 22-1-20， 得 D=40mm由 [2]d/D=0.3~0.5， 可 得 活 塞 桿 直 徑 ：d=(0.3~0.5)D=12~20mm故 取 活 塞 桿 直 徑 d=18mm 校 核 ， 按 公 式 ： ][)4/(21???F化 簡(jiǎn) 得 5.0d?其 中 ， NMPa.39,120][1??則 ： 5.0)12/.394(?=1.22 18?所 以 滿 足 活 塞 桿 設(shè) 計(jì) 要 求 。3.3.4 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣壓缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10，由于 D/ ,故其壁厚可按厚壁筒公式 [1]計(jì)算: 10??2/)13.][40(???yPD??（ 7）式中 —— 缸筒壁厚 mm?D——?dú)飧變?nèi)徑 mm P ——實(shí)驗(yàn)壓力，取 P =1.5P ，Pay yn10缸 筒 應(yīng) 采 用 不 銹 鋼 、 鋁 合 金 或 黃 銅 等 材 質(zhì)本 設(shè) 計(jì) 采 用 材 料 ： ZL303 MPanb6.285/143/][???n 為 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 5。 /]10×)75.31-6.28(+[04≥6?=0.456（ mm）故 取 ， 則 缸 筒 外 徑 為 40+2.5 2=45mm。m5.2???4 腕部的設(shè)計(jì)4.1 腕部的基本要求考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件的位置是水平放置的，因此必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可能滿足工作的要求。換句話說(shuō)，為了使手部出于空間任意方向，要求腕部能分別對(duì)空間三個(gè)坐標(biāo)軸 X、Y、Z 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。設(shè)計(jì)時(shí)主要要注意以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)盡量緊湊以減輕重量；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性及密封性；（3）考慮通向手部油路的配置。4.2 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具備有獨(dú)立的自由度，使得機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置；同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)計(jì)一繞 X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可以滿足工作的要求，目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)氣缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于 360 度，并且要求嚴(yán)格的密封。11圖 2 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)1-工件 2-手部 3-手腕Fig2The stress state of wrist rotation 1- the 2- hand 3- wrist 驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩已經(jīng)由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。如圖 2。4.3 腕部的計(jì)算4.3.1 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按 [1]下式計(jì)算：(8)封摩偏慣驅(qū) M??M式中： ——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(N cm)驅(qū)M?——慣性力矩(N cm)慣 ?——偏重力矩(N cm)偏——手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(N封cm)。?根據(jù)圖 4-2 所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算：（1）若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕角速度為 ，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為 ，?t?則：(N cm) (9)tJM?）（慣 1+=?式中：——參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N ）J 2scm?——工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ N ）1 2sc?12——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度（弧度 /S）?——起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間（ s）t?若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 為：1J(10)2egGc??式中：——工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N ）cJ 2scm?——工件的重量(N)1G——工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)e（2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 偏M(N cm) (11)31GeM??偏 ?式中：——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量（N）3G——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距（cm）e當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則 。01?e（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 摩M(N cm))(21dRfBA?摩 ?式中：——轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑（ cm）21,d——摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ，對(duì)于滑動(dòng)軸承f 01.?f 1.0?f——處的支承反力（N） ，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，BAR,根據(jù) ，得：0)(??FM123lGlRB?l31??同理，根據(jù) ，得：0)(?FB(12)lllGRA )()()(321??式中：——手部的重量(N)2G——長(zhǎng)度尺寸（cm） 。31,l134.3.2 氣壓缸壓力驗(yàn)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)液壓缸，它的原理如圖3 所示。圖 3 回轉(zhuǎn)氣缸Fig3 Rotary cylinder 定片 1 與缸體 2 固連，動(dòng)片 3 與回轉(zhuǎn)軸 5 固連。動(dòng)片封圈 4 把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)液體從孔 a 進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí) 4 回轉(zhuǎn)，則低壓腔的液體從 b 孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。葉片 J 氣缸的壓力 p 和驅(qū)動(dòng)力矩 M 的關(guān)系為:或 (13)??2MPbRr??2)(rRb??式中：M——回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩(N﹒cm)P——回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力(N﹒cm)R——缸體內(nèi)壁半徑(cm)r——輸出軸半徑(cm)b——?jiǎng)悠瑢挾?(cm)。氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 b=100mm，氣缸內(nèi)徑為 ，半徑 R=48mm，軸徑 mm,半mD961?26?D徑 R=13mm,氣缸運(yùn)行角速度 ，加速度時(shí)間 ，壓強(qiáng) p=0.4MPa,則力矩：s/90st.0?2)(rRpbM?= )26.-48.1×4.6=32.6(N﹒m)（1）測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 ，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑kgm01?的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：mr50?14(14) 21rmJ?= 205.1?=0.0125(kg )2?工件的質(zhì)量為 2kg,質(zhì)量分布于長(zhǎng) 玻璃杯上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：ml20?(15)12lJc= 2.0?=0.0066（kg ）2m?假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長(zhǎng) 的玻璃杯來(lái)說(shuō)，最大偏心距l(xiāng)0?，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：me501?(16)21eJc?=0.0066+2 05.?=0.0117（kg ）2m?(17)tJM????)1（慣=(0.0125+0.0117) 1.09=21.8(N )m?(2)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為 ，考慮手腕動(dòng)作重偏M心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合， ，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 =50mm，則有：01?e 3e(18)31GeM??偏=2 05.?=1(N )m?(3)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 ，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ，滑動(dòng)軸承摩 01.?f， 為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑， ， 為軸頸處的1.0?f2,d d2,301?BAR,支承反力，粗略估計(jì) 。NRBA5,30?(19) )(21RfMBA?摩15= 2)03.15.03(1.??=0.15（N ）m?(4)回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 ，與選用的密封M封裝置的類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。此處粗略估計(jì) 為 的 3 倍，則封 摩有：=3 (20)封M?摩=3 05.=0.15（N ）m?故 封摩偏慣驅(qū) ??=21.8+1+0.05+0.15=23（N ）?因?yàn)?M?驅(qū)所以滿足設(shè)計(jì)要求。5 臂部的設(shè)計(jì)5.1 臂部的基本要求臂部是支撐手部和腕部的，主要用來(lái)改變工件位置的部件。手部在空間的活動(dòng)范圍主要取決于臂部的運(yùn)動(dòng)形式。臂部的運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)形式對(duì)機(jī)械手的工作性能有著重大的影響。其基本要求有：(1) 剛度要好手臂的截面形式要選擇合理，常用鋼管作手臂和導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板，以保證有足夠的剛度。(2) 偏重力矩要小 所謂偏重力矩是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。 (3) 重量要輕，慣性要小由于機(jī)械手在高速的情況下經(jīng)常啟停和換向，為了減少?zèng)_擊，必須設(shè)有緩沖裝置。(4) 導(dǎo)向性要好為了防止手臂在直線移動(dòng)中沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，保證手部的正確方向，必須設(shè)有一導(dǎo)向裝置。其結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式、抓取重量和運(yùn)動(dòng)行程等因素來(lái)確定。165.2 臂部的具體設(shè)計(jì)方案常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：(1)雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)；(2)手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)；(3)雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)；(4)活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。在本次設(shè)計(jì)手臂伸縮氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參考各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，氣缸采用 CTA 系列的伸縮氣缸。初選內(nèi)徑 80/50，故mm，R=25mm, 設(shè)計(jì)所使用的壓強(qiáng) P=0.4MPa。502?D5.3 手臂伸縮的計(jì)算手臂伸縮時(shí)需要克服摩擦力和慣性力，其驅(qū)動(dòng)力可按下式[1]計(jì)算：(21)qmgPF+kf?式中： ——摩擦阻力包括導(dǎo)軌支承間的摩擦阻力；活塞與氣缸及密封處的摩擦阻力mF——起動(dòng)過(guò)程的慣性力；其大小按下式[1]估算g(22)gtGF??式中：G——手臂移動(dòng)部件的總質(zhì)量 kgfg——重力加速度 2m/s——手臂運(yùn)動(dòng)速度 ?t——起動(dòng)時(shí)所需的時(shí)間 s 一般 t=0.01s~0.5sgmkF?K——摩擦系數(shù)，一般 k=0.2，故：gtGFPmgq?2.1=+= .053?=180（N）17液壓缸實(shí)際驅(qū)動(dòng)力= =785（N）2RPF???2605.143.0?因?yàn)?F 故滿足設(shè)計(jì)要求。qP5.4 手臂升降的計(jì)算5.4.1 尺寸設(shè)計(jì)氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 ，氣缸內(nèi)徑為 ，半徑 R=31.5mm，氣缸ml250?mD631?運(yùn)行速度，加速度時(shí)間 ，設(shè)計(jì)壓強(qiáng) P=0.4MPa，則驅(qū)動(dòng)力為：st1.?2RpF??= 26035.4.0?=1246.3（N）5.4.2 尺寸校核升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞氣缸的驅(qū)動(dòng)力可按下式 [1]計(jì)算(23)QMGPFW???式中：——各個(gè)支撐處的摩擦力 kgfMF——啟動(dòng)時(shí)慣性力 kgfGW——運(yùn)動(dòng)部件（包括手部、腕部、工件等的總重量） kgf——上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)?取 0.5 ，代人數(shù)據(jù)可得：MFGQMGPFW???= gt?5.1= 50±.×=27?因?yàn)?FPQ故所設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。5.5 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的計(jì)算5.5.1 尺寸設(shè)計(jì)氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 b=120mm,氣缸內(nèi)徑為 ，半徑 R=105mm，軸徑mD210?，半徑 R=20mm，氣缸運(yùn)行角速度 ，加速度時(shí)間 ，壓強(qiáng)mD402? s/9?st5.0??18P=0.4MPa。則力矩：2)(rRPbM??= )02.15.(04.6?= （N ）25m?5.5.2 尺寸校核腕部回轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：封摩偏慣驅(qū) M??M式中： ——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(N cm)驅(qū)M?——慣性力矩(N cm)慣 ?——偏重力矩(N cm)偏——手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(N封cm)。?（1）測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 ，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑kgm10?的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：mr0?21rJ= .0?=0.5(kg )2m?tM??/J?慣=90（N ）?（2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 ，考慮動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)偏M動(dòng)軸線重合，故 ，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 ，故：01?e me503?=100 =50（N ）3GM偏 5.?m?（3）轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 ，考慮軸承，油封之間的摩擦力，摩設(shè)定摩擦系數(shù) k=0.2,故：=0.2 （N ）慣摩 Mk??1890???（N ）543摩封 m則有：19封摩偏慣驅(qū) M??M=90+50+18+54=212（N ）m?因?yàn)??驅(qū)M故回轉(zhuǎn)氣缸滿足設(shè)計(jì)要求。6 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及選擇本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬坐標(biāo)式機(jī)械手。具有手臂伸縮，回轉(zhuǎn)，升降，手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。設(shè)計(jì)要求：(1)滿足工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作順序要求。動(dòng)作順序的各個(gè)動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號(hào)控制相應(yīng)的電磁鐵，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)；(2)機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)；(3)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，氣壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求。本次設(shè)計(jì)采用氣壓傳動(dòng)的控制方式,相比其他傳動(dòng)控制方式,氣壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn):(1)工作介質(zhì)是空氣，它來(lái)源方便，取之不盡用之不竭，使用后直接排入大氣而無(wú)污染，不需要專(zhuān)門(mén)的回收裝置；(2)空氣粘度很小，所以流動(dòng)時(shí)壓力損失較小，節(jié)能，高效，適用于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送；(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，調(diào)節(jié)方便，維護(hù)簡(jiǎn)單；(4)工作環(huán)境適應(yīng)性好；(5)成本低，具有過(guò)載保護(hù)功能。6.2 氣壓回路的選擇6.2.1 各氣壓缸的換向回路為便于機(jī)械手的自動(dòng)控制，采用可編程控制器進(jìn)行控制，前分析可得系統(tǒng)的壓力和流量都不高，選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益。氣壓機(jī)械手采用單泵供氣，手臂伸縮，手腕回轉(zhuǎn)，夾持動(dòng)作采用并聯(lián)供氣，這樣可有效降低系統(tǒng)的供氣壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥采用中位“O”型換向閥。206.2.2 調(diào)速方案整個(gè)氣壓系統(tǒng)只用單泵工作，各氣壓缸所需的流量相差較大，各氣壓缸都用氣壓泵的全流量是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的氣壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用以保證氣壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。各缸可選擇進(jìn)氣路或回氣路節(jié)流調(diào)速，選用節(jié)流閥調(diào)速。單泵供氣系統(tǒng)以所有氣壓缸中需流量最大的來(lái)選擇泵的流量。系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，所需元件較少，經(jīng)濟(jì)性好，考慮到系統(tǒng)功率較小，其溢流損失也較小。6.2.3 緩沖回路伸縮臂處設(shè)置緩沖回路，使用節(jié)流減速緩沖。6.2.4 系統(tǒng)安全可靠性手臂升降缸在系統(tǒng)失壓的情況下會(huì)自由下落或超速下行，所以在回路中設(shè)置平衡回路。6.3 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖6.3.1 工作原理圖圖 4 所示為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)（1Mpa）通過(guò)快換接頭進(jìn)入出氣罐，經(jīng)分水過(guò)濾器、油霧器、進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電池閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。具體工作原理如下：當(dāng)工件 A 進(jìn)入機(jī)械手范圍內(nèi)時(shí)，電磁閥 1AY 開(kāi)啟，手臂伸長(zhǎng)，夾緊缸左邊閥 9AY 開(kāi)啟經(jīng)排氣口排空，將工件夾好；另一路 7AY 通電，手臂回轉(zhuǎn)，1AY斷電，2AY 通電，手臂縮回；機(jī)身下降 3AY 通電，之后旋轉(zhuǎn)到達(dá)目的機(jī)身回轉(zhuǎn) 5AY 通電，10AY 通電，夾緊缸伸出工件掉落。回路時(shí)，5AY 斷電，6AY 通電，回轉(zhuǎn)到一定角度后，3AY 斷電，4AY 通電，機(jī)身上升；當(dāng)達(dá)到高度時(shí)，重復(fù)。21圖 4 氣壓系統(tǒng)原理圖Schematic diagram of 4 pressure system7 結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，花費(fèi)了較多的心思設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手能很好的完成搬運(yùn)和裝卸運(yùn)動(dòng)。通過(guò)機(jī)身的收縮實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)臂架的收縮實(shí)現(xiàn)左右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)回轉(zhuǎn)氣缸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。能方便的完成輕型工業(yè)化的自動(dòng)生產(chǎn)，對(duì)提高工作效率有較好的幫助。同時(shí)也降低了成本，減少人為的出錯(cuò)率等。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)也讓我對(duì)以前所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)更加的熟悉，使的我先前所學(xué)的理論知識(shí)得以在實(shí)踐中得到應(yīng)用，讓我更好的了解了本專(zhuān)業(yè)的特色對(duì)即將進(jìn)入工作崗位有了更多的信心和自信。參考文獻(xiàn) [1] 劉延俊主編.液壓與氣壓傳動(dòng)（第二版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006.201~253[2] 丁樹(shù)模主編.液壓傳動(dòng)[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2003.25~50[3] 濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京.高等教育出版社.2001.78~353[4] 孫恒,陳作模主編.機(jī)械原理[M].高等教育出版社.2000.50~10222[5] 索羅門(mén)采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社.1993.35~100[6] 張建民.工業(yè)機(jī)械人[M].北京.北京理工大學(xué)出版社.1992.90~110[7] 楊春杰,胡海波.新型多關(guān)節(jié)式機(jī)械手臂的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J],黃石高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2001(1)[8] 工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)編寫(xiě)組.工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.1987.78~90[9] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)氣壓傳動(dòng)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2004.100~120[10] 張燕，曾光宇.光電式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展[N].中國(guó)：科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)報(bào),2006 年 13 期[11] 李超，氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)[J].陜西科技大學(xué).2003[12] 王雄耀.近代氣動(dòng)機(jī)械人（機(jī)械手）的發(fā)展及應(yīng)用[J].液壓氣動(dòng)與密封.1999.5[13] 孫開(kāi)元,李長(zhǎng)娜主編.機(jī)械制圖新標(biāo)準(zhǔn)解讀及畫(huà)法示例[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2006.80~110[14] 郭克希，王建國(guó)主編.機(jī)械制圖第二版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.07[15] 吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2002.01[16] 朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[J].浙江：浙江大學(xué)出版社，2001.07：15~18[17] 于方建，劉正士.基于六維力傳感器的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償研究[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.1[18] System Indentification Toolbox User’s[R].USA:The MathWorks,Inc.,1997[19] Goodwin G C,Payne R L. Dynamic System Identification,Experiment Design and Data Analysis[R]. USA:Academis Press,1997[20] Muth E J. Transform Methods With Application to Engineering and Operation Research[R]. USA:Prentice Hall Inc.,1977致 謝本設(shè)計(jì)是在陳文凱老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的?；厥走@幾個(gè)月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以說(shuō)是付出了不少心力，但更多的是收獲和更好的提升自己的能力。它檢驗(yàn)了我大學(xué)四年對(duì)各學(xué)科知識(shí)掌握程度，通過(guò)老師們和同學(xué)們的幫助今天我的設(shè)計(jì)終于做完了。雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到很多困難，但在做的過(guò)程中我真正掌握和領(lǐng)會(huì)了各項(xiàng)知識(shí)。面對(duì)問(wèn)題仔細(xì)分析，查閱各方文件資料，也得到老師和同學(xué)的幫助。在這里我要特別感謝陳文凱老師，在這次設(shè)計(jì)中陳老師不厭其煩地指出我設(shè)計(jì)中需要改正的地方，指引我完善好方案，在百忙之際給了我們最大的關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)，使得設(shè)計(jì)工作得以順利完成。同時(shí)也要感謝和我一起進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，是你們的鼓勵(lì)23和支持，使設(shè)計(jì)中的困難得以解決。