機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文---氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目： 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　學(xué) 部 （系）： </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 年 級(jí)

2、： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： ： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要.........................................................3</p><p

3、>　　第一章 前言 1.1機(jī)械手概述...............................................4</p><p>　　1.2機(jī)械手的組成和分類(lèi).......................................4</p><p>　　1.2.1機(jī)械手的組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

4、．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2機(jī)械手的分類(lèi)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6</p><p>　　第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8</p><p>　　2.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．

5、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8</p><p>　　2.3機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9</p><p>　　2.4機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　2.5機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．

6、．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　2.6機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　2.7機(jī)械手的主要參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　2.8機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

7、．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　3.1.1手指的形狀和分類(lèi)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　

8、3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14</p><p>　　3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14</p><p>　　第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

9、．．． 19</p><p>　　4.2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 </p><p>　　4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20</p><p>　　4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22</

10、p><p>　　第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　5.1手臂伸縮部分尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23</p><p>　　5.1.1尺寸設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23</p><p>　　5.1.2尺寸校核．．．

11、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24</p><p>　　5 .1 .3導(dǎo)向裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25</p><p>　　5 .1 .4平衡裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25</p><p>　　5.2手臂升降

12、部分尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26</p><p>　　5.2.1尺寸設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26．</p><p>　　5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26</p><p>　　5.3手臂回

13、轉(zhuǎn)部分尺寸設(shè)計(jì)與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　5.3.1尺寸設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　第六章 機(jī)械

14、手的PLC控制設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　6.1可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　6.1.1可編程序控制器的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　6.1.2可編程序控制器的工

15、作過(guò)程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　6.2可編程序控制器的使用步驟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23</p><p>　　第七章 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24</p><p>　　致謝．．．．．．．．．．．

16、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30</p><p>　　專(zhuān)業(yè)相關(guān)的資料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31</

17、p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)機(jī)械手臂座的時(shí)候，用兩個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力。左邊一電機(jī)通過(guò)諧波減速器減速后，通過(guò)齒輪來(lái)控制手臂的回轉(zhuǎn)，而手臂彎曲動(dòng)作的動(dòng)力，由右邊一電機(jī)提供。電機(jī)2同樣也是通過(guò)諧波減速器減速后，通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)軸，把動(dòng)力傳到底部的小齒輪上，再由小齒輪與大齒輪的嚙合，把動(dòng)力傳到那豎直的錐齒輪上，又通過(guò)錐齒輪之間的嚙合，把動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞到

18、橫軸上，這樣，再通過(guò)鍵連接，就能把動(dòng)力傳到那帶輪上。這樣，帶輪就以一定的速度不停的轉(zhuǎn)，以給臂關(guān)節(jié)通過(guò)同步齒型帶傳遞動(dòng)力。 在設(shè)計(jì)臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)，我們用兩個(gè)同步齒形帶輪來(lái)傳遞動(dòng)力，而帶輪又與軸和機(jī)械式離合器的左半邊相連，這樣，就使軸與左半邊相連的離合器轉(zhuǎn)動(dòng)。在右半邊為一電磁制動(dòng)器，制動(dòng)器的左半邊與離合器的右半邊相連，而且通過(guò)盤(pán)與上臂相連。這時(shí)，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，制動(dòng)器吸合，這時(shí)離合器也分開(kāi)。這樣，上臂就停止在所要求的位置上了。當(dāng)電磁

19、鐵失電時(shí)，由于彈簧力的作用，把制動(dòng)器推開(kāi)，同時(shí)離合器在彈簧力的作用下自動(dòng)嚙合，手臂恢復(fù)原有的運(yùn)動(dòng)。 注：機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)范圍手其結(jié)構(gòu)的限制，在手臂的運(yùn)動(dòng)到達(dá)結(jié)構(gòu)位置之前，必須使其自動(dòng)停止。機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)械位置是有關(guān)節(jié)處牙嵌離合齒上的突起部分而定</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂；極限位置；嚙合；</p><p><b>　　第一章 前言</b></p&

20、gt;<p>　　1.1. 工業(yè)機(jī)械手概述</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳

21、感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可

22、缺少的自動(dòng)化設(shè)備.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)</p><p>　　1.2.1.機(jī)械手的組成</p><p>　　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。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所

23、示。</p><p>　　機(jī)械手組成方框圖:1-1</p><p><b>　　(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　1、手部:</b></p><p>　　即與物件接觸的部件。由于與物

24、件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(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。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但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，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。

25、常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。</p><p><b>　　2、手腕:</b></p><p>　　是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方

26、位(即姿勢(shì))</p><p><b>　　3、手臂:</b></p><p>　　手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、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)。</p&g

27、t;<p><b>　　4、立柱:</b></p><p>　　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。機(jī)械手的立I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱(chēng)為可移式立柱。</p><p><b>　　5、行走機(jī)構(gòu):</b></p><p>　　當(dāng)工業(yè)

28、機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、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)。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。</p><p><b>　　6、機(jī)座:</b></p><p>　　機(jī)座是機(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)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。<

29、/p><p><b>　　(二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　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)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(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)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的

30、程序運(yùn)動(dòng)，</p><p>　　并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p><b>　　(二)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前

31、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)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　1.2.2 .機(jī)械手的分類(lèi)</p><p>

32、;　　工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)很多，關(guān)于分類(lèi)的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。</p><p><b>　　(一)按用途分</b></p><p>　　機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:</p><p><b>　　1、專(zhuān)用機(jī)械手</b></p><p&

33、gt;　　它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和加工中心。</p><p><b>　　2、通用機(jī)械手</b></p><p>　　它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在性能范

34、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。通用機(jī)械手的工作范圍大、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)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制，伺服型可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類(lèi)型。</p><p><b&g

35、t;　　(二)按驅(qū)動(dòng)方式分</b></p><p><b>　　1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p>　　是以液壓的壓力來(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)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。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的影響，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

36、制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。</p><p><b>　　2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p>　　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)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在3

37、0公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p><b>　　3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p>　　即由機(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(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作

38、頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。</p><p><b>　　4、電力傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p>　　即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰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(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p>&l

39、t;b>　　(三)按控制方式分</b></p><p><b>　　1、點(diǎn)位控制</b></p><p>　　它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專(zhuān)用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類(lèi)。</p><p><b>　　2

40、、連續(xù)軌跡控制</b></p><p>　　它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件

41、，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專(zhuān)用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)

42、換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)</p><p>　　頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。也可用于操作環(huán)境惡劣的生產(chǎn)場(chǎng)合。</p><p>　　2.1．機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度</p><p>　　按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)

43、式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度</p><p>　　2.2 .機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　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)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部;當(dāng)工件是板料

44、時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。</p><p>　　2.3 .機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，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。</p><p>　　2.4 .機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　按照抓取

45、工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.5 .機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。</p><p>

46、　　2.6 .機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　2.7 .機(jī)械手的主要參數(shù)</p><p>　　1.機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體

47、不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為5公斤</p><p>　　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。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為。平均移動(dòng)速度為。平均回轉(zhuǎn)速度為。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程

48、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。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)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為。手臂升降行程定為。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位

49、精度為。</p><p>　　2.8. 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p><b>　　一、用途:</b></p><p>　　用于自動(dòng)輸送線的上下料。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):</b></p><p><b>　　1、抓重:</b&g

50、t;</p><p>　　2、自由度數(shù):4個(gè)自由度</p><p>　　3、坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo)</p><p><b>　　4、最大工作半徑:</b></p><p>　　5、手臂最大中心高:</p><p>　　6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù): 伸縮行程</p><p><b&g

51、t;　　伸縮速度</b></p><p><b>　　升降行程</b></p><p><b>　　升降速度</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)范圍</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)速度 </b></p><p

52、>　　7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù): 回轉(zhuǎn)范圍 </p><p><b>　　回轉(zhuǎn)速度</b></p><p>　　8、手指夾持范圍:棒料:</p><p>　　9、定位方式:行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等</p><p><b>　　10、定位精度:</b></p><p>　　11、

53、驅(qū)動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng)</p><p><b>　　12、控制方式:</b></p><p>　　機(jī)械手臂剖視圖圖2-6</p><p>　　第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　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)工件是棒料時(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)， &

54、lt;/p><p>　　3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)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、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 </p><p>　　3.1.1手指的形狀和分類(lèi)</p><p>　　夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分

55、為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直

56、徑的工件。</p><p>　　3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題</p><p>　　(一)具有足夠的握力(即夾緊力)</p><p>　　在確定手指的握力時(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。</p><p>　　(二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角</p><p&g

57、t;　　兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(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)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。</p><p>　　(三)保證工件準(zhǔn)確定位</p><p>　　為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。&

58、lt;/p><p>　　(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度</p><p>　　手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。</p><p>　　(五)考慮被抓取對(duì)象的要求</p><

59、;p>　　根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。</p><p>　　3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</b></p><p>　　本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，

60、 </p><p>　　圖3-2 齒輪齒條式手部</p><p>　　其工件重量G=5公斤，</p><p>　　V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為</p><p>　　(1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為:<

61、/p><p>　　(2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式:</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:</b></p><p>　　I,因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加</p><p><b&

62、gt;　　速度取時(shí)，則:</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。</p><p><b>　　2、氣缸的直徑</b></p><p>　　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推力必須克服

63、彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為:</p><p>　　式中: - 活塞桿上的推力，N</p><p>　　- 彈簧反作用力，N</p><p>　　- 氣缸工作時(shí)的總阻力，N</p><p>　　- 氣缸工作壓力，Pa</p><p>　　彈簧反作用按下式計(jì)算:</p><p>

64、;<b>　　= </b></p><p>　　式中:- 彈簧剛度，N/m</p><p>　　- 彈簧預(yù)壓縮量，m</p><p><b>　　- 活塞行程，m</b></p><p>　　- 彈簧鋼絲直徑，m</p><p>　　- 彈簧平均直徑，.</p>

65、<p><b>　　- 彈簧有效圈數(shù).</b></p><p>　　- 彈簧材料剪切模量，一般取</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:</p><p>　　由以上分析得單向作用氣缸的直徑:</p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得</b></p>

66、<p><b>　　所以:</b></p><p><b>　　查有關(guān)手冊(cè)圓整，得</b></p><p>　　由,可得活塞桿直徑:</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式</p><p><b>　　有:</b></p><p&g

67、t;<b>　　其中，[]，</b></p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　　滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>　　3,缸筒壁厚的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一

68、般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:</p><p>　　式中:6- 缸筒壁厚，mm</p><p><b>　　- 氣缸內(nèi)徑，mm</b></p><p>　　- 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa</p><p>　　材料為:ZL3,[]=3MPa</p><p>　　代入

69、己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:</p><p><b>　　取，則缸筒外徑為:</b></p><p>　　第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，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。</p><p>　　4

70、.1 手腕的自由度</p><p>　　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，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。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)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可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)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣

71、缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于，并且要求嚴(yán)格的密封。</p><p>　　4. 2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　　手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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以及

72、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.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。</p><p>　　1.工件2.手部3.手腕</p><p>　　圖4-1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)</p><p>　　手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算:</p><p>　　式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();</p><p>　

73、　- 慣性力矩();</p><p>　　- 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩().,</p><p>　　; - 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</p><p><b>　　矩();</b></p><p>　　下面以圖4-1所

74、示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算:</p><p>　　1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M悅</p><p>　　若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，則:</p><p>　　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;</p><p>　　- 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量`。</p>

75、;<p>　　若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:</p><p>　　式中: - 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:</p><p>　　- 工件的重量(N);</p><p>　　- 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm),</p><p>　　- 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s);</p><p>　　

76、- 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s);</p><p>　　— 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。</p><p>　　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M偏</p><p><b>　　+ ()</b></p><p>　　式中: - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N);</p><p>　　- 手腕

77、轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)</p><p>　　當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則.</p><p>　　3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 </p><p><b>　　()</b></p><p>　　式中: ，- 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm);</p><p>　　- 摩擦系數(shù)，對(duì)

78、于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承;</p><p>　　,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，</p><p><b>　　根據(jù),得:</b></p><p>　　同理，根據(jù)(F),得:</p><p>　　式中:- 的重量(N)</p><p>　　,— 如圖4-1所示的長(zhǎng)度尺寸(cm

79、).</p><p>　　4、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M封，與選用的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。</p><p>　　4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　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)氣缸，它的原理如圖4-2所示，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)

80、壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為:</p><p><b>　　, 或 </b></p><p>　　第五章 手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　5.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p&

81、gt;　　5.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　手臂伸縮氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63：</p><p>　　5.1.2 尺寸校核</p><p>　　1.在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用

82、壓強(qiáng),</p><p><b>　　則驅(qū)動(dòng)力：</b></p><p>　　測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力</p><p>　　2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),</p><p><b>　　總受力</b></p><p>　　所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)

83、際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求。</p><p>　　5.1.3.導(dǎo)向裝置</p><p>　　氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，</p><p>　　應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)

84、該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。</p><p>　　導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。</p><p>　　5.1.4 平衡裝置</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加

85、放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。</p><p>　　手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　5.2.1 尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,半徑R=55mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力</p&g

86、t;<p>　　5.2.2 尺寸校核</p><p>　　1．測(cè)定手腕質(zhì)量為80kg,則重力</p><p>　　設(shè)計(jì)加速度，則慣性力</p><p>　　考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)，</p><p><b>　　總受力</b></p><p>　　所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要

87、求。</p><p>　　5.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　5.3.1 尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為,半徑R=105mm,軸徑半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s,壓強(qiáng),</p><p><b>　　則力矩：</b></p><p>　　5

88、.3.2 尺寸校核</p><p>　　1．測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，</p><p>　　質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),</p><p>&l

89、t;b>　　總驅(qū)動(dòng)力矩</b></p><p>　　設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。</p><p>　　第六章 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p&g

90、t;　　6. 1可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程</p><p>　　6.1.1 可編程序控制器的選擇</p><p>　　目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國(guó)西門(mén)子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考慮到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C

91、28P型可編程序控制器。</p><p>　　6.1.2 可編程序控制器的工作過(guò)程</p><p>　　可編程序控制器是通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程可分為4個(gè)階段。</p><p>　　第一階段是初始化處理。</p><p>　　可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入

92、輸出狀態(tài)的詢問(wèn)是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱(chēng)為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專(zhuān)門(mén)存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開(kāi)機(jī)時(shí)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。</p><p>　　第二階段是處理輸入信號(hào)階段。</p><p>　　在處理輸入信

93、號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。</p><p>　　第三階段是程序處理階段。</p><p>　　當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段

94、中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫(xiě)入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。</p><p>　　第四階段是輸出處理階段。</p><p>　　段CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，

95、CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。</p><p>　　6.2 機(jī)械手可編程序控制器控制方案</p><p><b>　　第七章 結(jié)論</b></p><p>　　1、本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用機(jī)械手，相對(duì)于專(zhuān)用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由</p><p>　　度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。</p>&

96、lt;p>　　2、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。</p><p>　　工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，</p><p>　　不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。</p><p>　　3、通過(guò)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度，</p><p>　　節(jié)

97、省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。</p><p>　　4、機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)</p><p>　　行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)</p><p>　　機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。</p><p><

98、b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 張建民.工業(yè)機(jī)器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[2] 蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略.機(jī)器人技術(shù)，2003</p><p>　　[3] 金茂青，曲忠萍，張桂華.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)態(tài)分析.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ， 2005</p><p>

99、;　　[4] 王雄耀.近代氣動(dòng)機(jī)器人(氣動(dòng)機(jī)械手)的發(fā)展及應(yīng)用.液壓氣動(dòng)與密封，2004</p><p>　　[5] 嚴(yán)學(xué)高，孟正大.機(jī)器人原理.南京:東南大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[6] 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[7] 黃錫愷，鄭文偉.機(jī)械原理.北京:人民教育出版社，2006</p><

100、;p>　　[8] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[9] 鄭洪生.氣壓傳動(dòng)及控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[10] 吳振順.氣壓傳動(dòng)與控制.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[11] 徐永生.氣壓傳動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　

101、　[12]傅祥志，機(jī)械原理（第二版），武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.10</p><p>　　[13]吳昌林等，機(jī)械設(shè)計(jì)（第二版），武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.2</p><p>　?。?4］徐鋼濤等，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社，2008.5</p><p><b>　　致 謝</b></p><p

102、>　　本次設(shè)計(jì)是在我尊敬的導(dǎo)師xx老師悉心指導(dǎo)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意! 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)三年間所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，通過(guò)這次設(shè)計(jì)把這三年所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)課程作了一個(gè)總結(jié)和回顧，加深了對(duì)理論的理解，能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的全套思路，為即將走上工作崗位和以后的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了

103、大量的圖書(shū)資料以及網(wǎng)絡(luò)上的資料，包括機(jī)械零件、材料力學(xué)、液壓控制、幾何量公差與測(cè)量、機(jī)械制圖、機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等等，尤其是在從對(duì)各類(lèi)設(shè)計(jì)手冊(cè)的查閱中，我的知識(shí)面得到了很大的提高；通過(guò)對(duì)該課題的獨(dú)立設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械知識(shí)有了一個(gè)更加深入的了解，對(duì)機(jī)械這門(mén)學(xué)科有了進(jìn)一步的理解。也使我獨(dú)立設(shè)計(jì)的能里有了極大的提高。</p><p>　　在課題的研究和開(kāi)發(fā)階段，我得到了機(jī)械與電氣工程學(xué)部老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表

104、示衷心的感謝。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，機(jī)械與電氣工程學(xué)部的各位老師，黃進(jìn)老師，以及全體同學(xué)給與我很大支持和幫助，在此我向他們以及多年來(lái)為我的成長(zhǎng)付出辛勤勞動(dòng)的老師們和同學(xué)們表示衷心的感謝。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到不懂的地方，我也經(jīng)常與同事、同學(xué)進(jìn)行討論，解決難題。感謝父母 、家人對(duì)我的教育，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，同時(shí)感謝河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境是我避免了很多的彎路。</p><p>　　當(dāng)然，由于本人設(shè)計(jì)水平有

105、限、在課程中沒(méi)有接觸過(guò)機(jī)械手的相關(guān)課程，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不足，以及時(shí)間上的限制，在設(shè)計(jì)中難免存在一些錯(cuò)誤。懇請(qǐng)老師給予以批評(píng)以及指正。</p><p><b>　　再次表示感謝！</b></p><p>　　2010-10-29</p><p><b>　　專(zhuān)業(yè)相關(guān)的資料</b></p><p>　　數(shù)控

106、車(chē)床主要用來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行車(chē)削、鏜削、鉆削、鉸削、攻絲等工序的加工。一般能自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、圓柱螺紋、槽及端面等工序的切削加工。 </p><p><b>　　數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu) </b></p><p><b>　　1.數(shù)控車(chē)床簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　數(shù)控車(chē)床的組成：數(shù)控系統(tǒng)、床身、主軸、進(jìn)給系

107、統(tǒng)、回轉(zhuǎn)刀架、操作面板和輔助系統(tǒng)等。 </p><p>　　數(shù)控車(chē)床分為立式數(shù)控車(chē)床和臥式數(shù)控車(chē)床兩種類(lèi)型。 </p><p>　　立式數(shù)控車(chē)床用于回轉(zhuǎn)直徑較大的盤(pán)類(lèi)零件車(chē)削加工。 </p><p>　　臥式數(shù)控車(chē)床用于軸向尺寸較長(zhǎng)或小型盤(pán)類(lèi)零件的車(chē)削加工。 </p><p>　　臥式數(shù)控車(chē)床按功能可進(jìn)一步分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床、普通數(shù)控車(chē)床和車(chē)

108、削加工中心 </p><p>　　(1)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床：采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和單片機(jī)對(duì)普通車(chē)床的車(chē)削進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造后形成的簡(jiǎn)易型數(shù)控車(chē)床。成本較低，自動(dòng)化程度和功能都比較差，車(chē)削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的車(chē)削加工。 (如圖1所示) </p><p><b>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床 </b></p><p>　　(2)普通數(shù)控車(chē)床：根據(jù)

109、車(chē)削加工要求在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車(chē)床。數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)，自動(dòng)化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的車(chē)削加工。這種數(shù)控車(chē)床可同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸，即x軸和z軸。 </p><p>　　(3)車(chē)削加工中心：在普通數(shù)控車(chē)床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動(dòng)力頭，更高級(jí)的機(jī)床還帶有刀庫(kù)，可控制X、Z和C三個(gè)坐標(biāo)軸，聯(lián)動(dòng)控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動(dòng)力頭，這