機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)---氣動(dòng)裝配機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目 氣動(dòng)裝配機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　Pneumatic assembly manipulator mec-</p><p>　　hanism design</p><p>　　姓 名

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 07機(jī)械電子（4）班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　分 院 機(jī)電與能源工程分院 &

3、lt;/p><p>　　完成日期 2011年6月2日 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，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，隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)

4、廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；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。</p><p>　　本文就氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景作了簡單概述。擴(kuò)展我們的知識(shí)面和專業(yè)面，可以加強(qiáng)對(duì)自己的思維訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，還可以填補(bǔ)空白，提高生產(chǎn)效率，很

5、大的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；研究方向；發(fā)展趨勢(shì)</p><p><b>　　abstract</b></p><p>　　Manipulator is developed in recent years a high-tech automation production equipment , It to help

6、stabilize, improve product quality, improve the production efficiency, improve working conditions and product rapid renewal plays an extremely important role , Along with the development of industrial mechanization and a

7、utomation and pneumatic technology itself some merit, Pneumatic manipulator has been widely applied in industries of automated production . Manipulator hand, sports organizations mai</p><p>　　This paper the

8、application of pneumatic manipulator present condition and development prospects were simply summarized . Expand our knowledge and ZhuanYeMian , Can strengthen their thinking training and ability training , Still can fil

9、l in the blanks , Improve production efficiency , Great practical significance.</p><p>　　Keywords: Pneumatic manipulator; Research direction; Development trend </p><p><b>　　目錄</b><

10、;/p><p><b>　　第一章緒 論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)3</p><p>　　1.4 氣動(dòng)機(jī)械手研究的目的、意義4</p>&l

11、t;p>　　1.5 發(fā)展前景及方向4</p><p>　　1.6 設(shè)計(jì)時(shí)要解決的幾個(gè)問題6</p><p>　　1.6.1 具有足夠的握力(夾緊力)6</p><p>　　1.6.2 手指間應(yīng)具有一定的開閉角6</p><p>　　1.6.3 保證工件準(zhǔn)確定位6</p><p>　　1.6.4 具有足夠

12、的強(qiáng)度和剛度6</p><p>　　1.6.5 考慮被抓取對(duì)象的要求7</p><p>　　1.7 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求7</p><p>　　1.8 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成7</p><p>　　1.8.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖7</p><p>　　1.8.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)8</p>

13、<p>　　1.8.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9</p><p>　　1.8.4 控制系統(tǒng)9</p><p>　　1.8.5 位置檢測(cè)裝置9</p><p>　　第二章 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度11</p><p>　　2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)12&

14、lt;/p><p>　　2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及氣缸設(shè)計(jì)、校核13</p><p>　　3.1 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2 確定氣缸直徑14</p><p

15、>　　3.3 氣缸作用力的計(jì)算及校核14</p><p>　　3.4 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5 氣缸的基本組成部分及工作原理16</p><p>　　3.6 計(jì)算手部與工件總重量16</p><p>　　第四章 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與驗(yàn)算17</p><p>　　4.1 手臂部慣

16、性力的計(jì)算17</p><p>　　4.2 手臂部摩擦力的計(jì)算17</p><p>　　4.3 手臂部驅(qū)動(dòng)力18</p><p>　　4.4 確定氣缸直徑19</p><p>　　4.5 手臂伸縮氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理19</p><p>　　4.6 氣缸作用力的驗(yàn)算（應(yīng)取有桿腔的活塞面積進(jìn)行計(jì)算）20<

17、;/p><p>　　4.7 導(dǎo)桿彎曲應(yīng)力驗(yàn)算20</p><p>　　第五章 配重的選取21</p><p>　　5.1 各部件重量計(jì)算21</p><p>　　5.2 計(jì)算偏重力臂ρ22</p><p>　　5.3 偏重力矩M縮偏、M伸偏23</p><p>　　5.4 配重的計(jì)算23

18、</p><p>　　第六章 擺動(dòng)氣缸的計(jì)算24</p><p>　　6.1 手臂伸出狀態(tài)時(shí)，偏重力矩ρ24</p><p>　　6.2手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J24</p><p>　　6.3 手臂擺動(dòng)回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算24</p><p>　　第七章 升降部分的計(jì)算26</p><p>　　7.

19、1 升降氣缸的選擇26</p><p>　　7.2 升降導(dǎo)桿的重量26</p><p>　　7.3 升降導(dǎo)桿的校核27</p><p>　　第八章 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)28</p><p>　　8.1 機(jī)械手的控制要求28</p><p>　　8.2 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)28</p><

20、p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　附錄32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　緒 論</b&g

21、t;</p><p>　　1.1 機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工

22、業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)

23、長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲(chǔ)存裝置。不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制：該機(jī)

24、械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這2種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種Unimation—Vic.arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于</p><p>　　我國工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代

25、。1972年我國第一臺(tái)機(jī)械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個(gè)五年計(jì)劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈

26、陽自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的，同時(shí)一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，DC——PWM等等。</p><p>　　我國的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？梢詫C(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根

27、據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。</p><p>　　1.2 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、

28、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。</p><p>　　現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車身在每個(gè)工序的移動(dòng)；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，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

29、點(diǎn)焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)工序過程的高度自動(dòng)化，堪稱是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)械手應(yīng)用之一。</p><p>　　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

30、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。</p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(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:輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，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30公

31、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>　　1.3 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵，不存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題.</p><p>　　(2)阻

32、力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。</p><p>　　(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。</p><p>　　(4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器

33、及其工藝流程不致突然中斷。</p><p>　　(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。</p><p>　　(6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系

34、統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(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)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。</p><p>　　1.4 氣動(dòng)機(jī)械手研究的目的、意義&l

35、t;/p><p>　　在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：（1）以提高生產(chǎn)過程中的自動(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)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。（2）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、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)

36、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。 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(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。（3）可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(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)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍

37、，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　1.5 發(fā)展前景及方向</p><p>　　1.5.1  重復(fù)高精度     精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精

38、度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。</p><p>　　1.5.2 模塊化 &

39、#160;   有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)。模塊化氣動(dòng)機(jī)械手使同一機(jī)械手可

40、能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。</p><p>　　智能閥島的出現(xiàn)對(duì)提高模塊化氣動(dòng)機(jī)械手和氣動(dòng)機(jī)器人的性能起到了十分重要的支持作用。因?yàn)橹悄荛y島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對(duì)分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對(duì)機(jī)械手中的移動(dòng)模塊。</p><p>　　1.5.3 無給油化  &#

41、160;  為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。</p><p>　　1.5.4 機(jī)電氣一體化     由“可編程序控制

42、器-傳感器-氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣動(dòng)技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)

43、的發(fā)展，又使PLC在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。</p><p>　　1.6 設(shè)計(jì)時(shí)要解決的幾個(gè)問題</p><p>　　1.6.1 具有足夠的握力(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>　　1.6.2 手

44、指間應(yīng)具有一定的開閉角</p><p>　　兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，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)型手指只有開閉幅度的要求。</p><p>　　1.6.3 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)

45、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。</p><p>　　1.6.4 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)過程中所產(chǎn)生的</p><p>　　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</p><p>　　使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，

46、并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭</p><p><b>　　轉(zhuǎn)力矩最小為佳。</b></p><p>　　1.6.5 考慮被抓取對(duì)象的要求</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)</p><p>　　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。&l

47、t;/p><p>　　1.7 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　(1)機(jī)械手為通用氣動(dòng)機(jī)械手，因此相對(duì)于專用機(jī)械手來說，它的適用面相對(duì)較廣。</p><p>　　(2)選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度。</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。并進(jìn)行計(jì)算、校核和畫CAD圖</p>

48、<p>　　1.8 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成</p><p>　　1.8.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖 </p><p>　　圖1-1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖</p><p>　　機(jī)械手的工作原理：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。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生

49、規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。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)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。</p><p>　　1.8.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　包括手部、手臂和

50、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。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本設(shè)計(jì)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)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，

51、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。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來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、手臂</b&g

52、t;</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><p><b>　　3、立柱</b></p>&

53、lt;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)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。</p><p><b>　　4、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。</p>

54、<p>　　1.8.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</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。它由動(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)。</p><p>　　1.8.4 控制系統(tǒng)</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

55、塊定位)系統(tǒng)組成。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，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>　　1.8.5 位置檢測(cè)裝置</p><p>　　控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際

56、位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.</p><p>　　第二章 機(jī)械手的整體設(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，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

57、)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，簡化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)裝配機(jī)械手（如圖2-1所示），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，動(dòng)作強(qiáng)度大和操作

58、單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。</p><p>　　圖2-1 機(jī)械手的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)</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)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，采用圓柱坐標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三

59、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。（如圖2-2所示）</p><p>　　圖2-2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖</p><p>　　2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</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

60、動(dòng)定心</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>　　按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的

61、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)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。</p><p>　　第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及氣缸設(shè)計(jì)、校核</p><p>　　3.1 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　夾緊氣缸的夾緊、驅(qū)動(dòng)力的確定（圖3-1），工件重5kg。(g=9.8N/kg)</p><

62、;p><b>　　圖3-1 手部結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　夾緊力： F夾= </b></p><p>　?。ㄆ渲?θ=45°，G=49N，f =0.1）</p><p>　　F夾==174（N）</p><p>　　驅(qū)動(dòng)力   F驅(qū) =

63、 </p><p>　　（其中 b=50，c=30 ，α=23°） </p><p>　　故F驅(qū)= =250（N）</p><p><b>　　F實(shí)際≥</b></p><p>　　其中  K1：安全系數(shù)，一般取1.2～2  取K1=1.5</p><p>

64、　　K2：工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計(jì)，</p><p>　　K2=1+式中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度， a=</p><p>　　v：升降速度0.2m/s，t：機(jī)械手達(dá)到最高速度的響應(yīng)時(shí)間為0.1s</p><p>　　g為重力加速度 g=9.8m/s2。</p><p>　　那么： K2=1+=

65、1.204</p><p>　　η：手部機(jī)械效率，一般取0.85～0.95  取η=0.85（滾動(dòng)摩擦）</p><p>　　F實(shí)際==531（N）</p><p>　　3.2 確定氣缸直徑</p><p>　　取空氣壓力為P空氣 = 0.5 MPa = 5×105Pa，</p><p>　　D=

66、==0.0368(m)=36.8(mm)</p><p>　　圓整氣缸直徑D=40mm </p><p>　　3.3 氣缸作用力的計(jì)算及校核</p><p>　　F氣缸===628(N)</p><p>　　因?yàn)?#160; F氣缸＞F實(shí)際 ， 所以 滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　由d/D=O.2～0.3，

67、可得活塞桿直徑:d=(0.2～0.3)D=8～12 mm</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑d=12 mm</p><p>　　校核，按公式≤[σ]</p><p>　　其中 [σ]=120MPa, F實(shí)際=531N</p><p>　　則:d ≥ (4×531/π×120) 1/2</p><p

68、>　　=2.37mm ≤12mm</p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　3.4 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)</p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一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>　　δ=DPP/2[σ]<

69、/p><p>　　式中: δ—— 缸筒壁厚 mm</p><p>　　D ——?dú)飧變?nèi)徑 ，40mm</p><p>　　PP——實(shí)驗(yàn)壓力，取PP=1.2P=6×105Pa</p><p>　　材料為 : ZL3,[σ] =3MPa</p><p>　　代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:</p><p

70、>　　δ=DPP/2[σ]</p><p>　　=40×6×105/2×3×106</p><p><b>　　=4 mm</b></p><p>　　取δ=4 mm，則缸筒外徑為:D=40+4×2 =48 mm。</p><p>　　于是選擇SC-40×

71、50型的夾緊氣缸(圖3-2)。</p><p><b>　　圖3-2 夾緊氣缸</b></p><p>　　3.5 氣缸的基本組成部分及工作原理</p><p>　　氣動(dòng)手爪這種執(zhí)行元件是一種變型氣缸。它可以用來抓取物品，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，氣動(dòng)手爪常應(yīng)用中搬運(yùn)、傳送工件機(jī)構(gòu)中抓取、拾放物品。</p><p&

72、gt;　　氣動(dòng)手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產(chǎn)生的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒條等機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)手爪同步做開、閉運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.6 計(jì)算手部與工件總重量</p><p>　　這里手部結(jié)構(gòu)自行設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的手部大概質(zhì)量m手=1.5kg，夾緊氣缸的鋼體m鋼體=1.5kg查有關(guān)資料，得SC-40×50型夾緊氣缸重量為1kg。</p>&l

73、t;p>　　所以M總質(zhì)量=m手+m氣缸+m鋼體+m工件=1.5+1+1.5+5=9kg,G手部=M總質(zhì)量×9.8kg/N=88.2N</p><p>　　第四章 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與驗(yàn)算</p><p>　　4.1 手臂部慣性力的計(jì)算</p><p>　　(1)手部總重量：G手部=88.2(N)</p><p>　　(2)

74、伸縮導(dǎo)桿重量 ：選取外徑20mm，內(nèi)徑10mm，長度500mm的無縫鋼管作伸縮導(dǎo)桿，共2根。2G導(dǎo)桿=×L×7.8×103×9.8×2=18(N)</p><p>　　(3)導(dǎo)桿后連接板重量:</p><p>　　G導(dǎo)桿后連接板=（0.2×0.07×0.01-0.08×0.05×0.01）&

75、#215;7.8×103×9.8=7.6(N)</p><p><b>　　所以總重量為：</b></p><p>　　G手臂慣=G手部+2G導(dǎo)桿+G導(dǎo)桿后連接板=113.8(N)</p><p><b>　　那么：</b></p><p>　　m手臂慣==11.6kg</

76、p><p>　　(6)手臂伸縮時(shí)產(chǎn)生的慣性力為:</p><p><b>　　F慣=m手臂×</b></p><p>　　式中：Δt——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間差(s)，取0.1s；</p><p>　　Δv——起動(dòng)或制動(dòng)的速度差(m/s)，取0.25m/s</p><p><b>　　那么

77、： </b></p><p>　　F慣=m手臂×=11.6×=29(N)</p><p>　　4.2 手臂部摩擦力的計(jì)算</p><p>　　由于手臂伸出時(shí)，伸縮導(dǎo)桿所受作用力最大，根據(jù)其受力簡圖（圖4-1）計(jì)算。</p><p><b>　　圖4-1 受力簡圖</b></p>

78、<p>　　圖中：G1——工件自重49(N)，G2——手指部分及夾緊氣缸的重量39.2(N)，</p><p>　　2G3——導(dǎo)桿重量18(N)，G4——導(dǎo)桿后連接板重量7.6(N)</p><p>　　列方程：ΣMB=0 ： 2N1×0.15+0.2G4-0.2×2G3-0.5G2-0.5G1=0</p><p>　　N1==1

79、58（N）</p><p>　　ΣY=0  ：  2N2-2N1-G1-G2-2G3-G4 =0</p><p>　　N2==215（N）</p><p>　　伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)f，當(dāng)被聯(lián)接件為鋼或鑄鐵件，且為干燥的加工表面時(shí)，取f =0.10得：</p><p>　　F摩A=0.1×2N1

80、=0.1×2×158=31.6(N) F摩B=0.1×2N2=0.1×2×215=43(N)</p><p>　　4.3 手臂部驅(qū)動(dòng)力</p><p>　　根據(jù)伸縮氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需克服的摩擦力及慣性力等幾方面的阻力，來確定伸縮氣缸的所需的驅(qū)動(dòng)力。考慮到除導(dǎo)桿與導(dǎo)桿座之間的摩擦外，還有氣缸桿與密封環(huán)間的摩擦，故增加安全系數(shù)K，取K=1.1。&l

81、t;/p><p>　　F驅(qū)=K(F慣+F摩A+F摩B)=1.1(29+31.6+43)=114（N）</p><p><b>　　F實(shí)際≥</b></p><p>　　其中  K1：安全系數(shù)，一般取1.2～2  取K1=1.5</p><p>　　η：機(jī)械效率，一般取0.85～0.95  取η=

82、0.85（滾動(dòng)摩擦）</p><p>　　F實(shí)際==201.2（N）</p><p>　　4.4 確定氣缸直徑</p><p>　　D===23（mm）</p><p>　　選擇標(biāo)準(zhǔn)型氣缸（缸徑為32mm）型號(hào)：QGBII32-300。</p><p>　　由d/D=O.2～0.3， 可得活塞桿直徑:d=(0.2～0.

83、3)D=6.4～9.6 mm</p><p><b>　　取d=8mm</b></p><p>　　4.5 手臂伸縮氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　這個(gè)氣缸為單活塞桿雙作用氣缸，它由鋼筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分為兩個(gè)腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無活塞桿腔稱為無桿腔。當(dāng)從無桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，有

84、桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出;當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.6 氣缸作用力的驗(yàn)算（應(yīng)取有桿腔的活塞面積進(jìn)行計(jì)算）</p><p>　　F氣缸==377(N) 因?yàn)?F氣缸＞F驅(qū)，所以，選擇MDBB32-300氣缸合適。</p>

85、<p>　　4.7 導(dǎo)桿彎曲應(yīng)力驗(yàn)算</p><p>　　σmax===36.1(Mpa)</p><p>　　式中：F ——工件自重、手指部分、夾緊氣缸及導(dǎo)桿重量；折合為106.2(N)，由于手臂共有2根伸縮導(dǎo)桿作導(dǎo)向，所以作用在每根導(dǎo)桿的合力為53.1(N)</p><p><b>　　L ——導(dǎo)桿的長度</b></p&

86、gt;<p>　　查《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知35#鋼的[σ]=68.198(Mpa), σmax＜[σ] 故安全</p><p><b>　　第五章 配重的選取</b></p><p>　　因?yàn)橐笫直凵祫?dòng)作靈活輕快，而不致出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象。為此要求手臂偏重力矩不能過大，否則對(duì)手臂的升降運(yùn)動(dòng)極為不利，也易引起手臂的跳動(dòng)和傳動(dòng)不平穩(wěn)。特別在手臂伸出時(shí)則偏

87、重力矩最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少手臂偏重力矩，以使手臂前伸部分與固定部分保持平衡。所以，在手臂托板下方安裝配重，以減少偏重力矩的影響。手臂的受力情況如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 手臂受力情況</p><p>　　5.1 各部件重量計(jì)算</p><p><b>　　(1) 導(dǎo)桿座</b></p><p&g

88、t;　　由于導(dǎo)桿共有2個(gè)導(dǎo)桿座進(jìn)行固定。那么，</p><p>　　2G導(dǎo)桿座=2×0.12×0.150×0.010×7.8×103×9.8=27.5(N)</p><p><b>　　(2) 伸縮氣缸</b></p><p>　　查煙臺(tái)凱威氣動(dòng)液壓有限公司資料，知道伸縮氣缸QGBII

89、32-400的質(zhì)量計(jì)算公式為1.16+0.0042S，則氣缸質(zhì)量：m伸縮氣缸=1.16+0.0042×400=2.84(kg)</p><p>　　G伸縮氣缸= m伸縮氣缸g=2.84×9.8=27.8(N)</p><p><b>　　(3) 氣缸托板</b></p><p>　　氣缸托板長600mm，寬200mm，厚10

90、mm</p><p>　　G氣缸托板=0.600×0.200×0.010×7.8×103×9.8=92(N)</p><p>　　結(jié)合圖5-1手臂的受力情況，列出手臂上各部件情況如表(5.1)所示。</p><p>　　表5.1 手臂縮回與伸出狀態(tài)的重心位置到回轉(zhuǎn)軸的距離</p><p>　　

91、5.2 計(jì)算偏重力臂ρ</p><p><b>　　ρ=,) </b></p><p><b>　　回時(shí)偏重力臂</b></p><p>　　ρ縮=,) ==0.0043(m)</p><p><b>　　出時(shí)偏重力臂</b></p><p>　　ρ伸=

92、,) ==0.175(m)</p><p>　　5.3 偏重力矩M縮偏、M伸偏</p><p>　　M縮偏=G總ρ縮=233.6×0.0043=1(Nm)</p><p>　　M伸偏= G總ρ伸=233.6×0.175=40.88(Nm)</p><p><b>　　5.4 配重的計(jì)算</b><

93、/p><p>　　為了減少偏重力矩對(duì)回轉(zhuǎn)軸的作用，故在伸縮氣缸尾部的托板下方安裝配重，達(dá)到一定的力平衡，取配重的重心至回轉(zhuǎn)軸的距離為0.4(m)</p><p>　　則配重，G配==2.5(N) m= G配/g=0.255(kg)</p><p>　　配重的體積：V===0.33×10-4 (m3) 配重的尺寸：（長×寬×高）40×

94、;30×30(mm) </p><p>　　第六章 擺動(dòng)氣缸的計(jì)算</p><p>　　6.1 手臂伸出狀態(tài)時(shí)，偏重力矩ρ</p><p>　　G手臂總= G手臂+G配=233.6+2.5=236.1(N)</p><p>　　ρ===0.17（m）</p><p>　　6.2手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J</p&g

95、t;<p>　　查資料可知，按長方體進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p>　　J=(l2+a2)=(0.92+0.22)=(0.92+0.22)=1.7（kgm2）</p><p>　　J手臂=J+mρ2=1.7+×0.172=2.4（kgm2）</p><p>　　6.3 手臂擺動(dòng)回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算</p><p>　　⑴ 克服啟

96、動(dòng)慣性所需的力矩M慣：</p><p>　　M慣=J手臂=2.4×=21（Nm）</p><p>　　⑵    臂擺動(dòng)回轉(zhuǎn)所屬的總力矩M總：</p><p>　　由于手臂部與立柱聯(lián)接使用導(dǎo)承連接，所生的摩擦力矩M摩不大，為了簡化計(jì)算可以將M慣適當(dāng)放大，而省略掉、M摩，這時(shí)M總=1.1×M慣</p>&

97、lt;p>　　那么， M總=1.1×M慣=1.1×21=23.1（Nm）</p><p>　　查相關(guān)資料，選用（缸徑為40mm）QGK63×1800型氣缸。如圖(6-1)</p><p>　　在0.5MPa時(shí)，轉(zhuǎn)矩為56Nm，大于M總    （安全）</p><p><b>　　圖6-1 擺

98、動(dòng)氣缸</b></p><p>　　查相關(guān)資料，此型號(hào)的氣缸質(zhì)量m=3(kg) </p><p>　　則：G擺動(dòng)氣缸=mg=29.4(N)</p><p>　　第七章 升降部分的計(jì)算</p><p>　　7.1 升降氣缸的選擇</p><p>　?。?） 導(dǎo)桿慣性力的計(jì)算</p><p&

99、gt;　　G總=G手臂總+G擺動(dòng)氣缸=236.1+29.4=265.5(N)</p><p>　　F慣=m總a=a==54.2（N）</p><p>　?。?）  導(dǎo)桿驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)升降氣缸慣性力及自重等幾方面的阻力，來確定升降氣缸的所需的驅(qū)動(dòng)力?？紤]到氣缸桿與密封環(huán)間的摩擦，故增加安全系數(shù)K，取K=1.1。</p>

100、<p>　　F驅(qū)=K×F慣+G總=1.1×54.2+265.5=325.12（N）</p><p>　?。?）    確定氣缸直徑D===29（mm)</p><p>　　選擇SC40-300SLB標(biāo)準(zhǔn)型氣缸（缸徑為40mm）型號(hào)。</p><p><b>　　氣缸作用力的驗(yàn)算</b>

101、</p><p>　　F氣缸===628（N）</p><p>　　因?yàn)?F氣缸＞F驅(qū)，</p><p>　　所以，選擇SC40-300SLB氣缸合適，這個(gè)氣缸的重量為2kg。</p><p>　　7.2 升降導(dǎo)桿的重量</p><p>　　升降導(dǎo)桿外徑20mm，內(nèi)徑10mm，長400mm</p><

102、;p>　　m導(dǎo)桿=×0.4×7.8×103=0.73(kg)</p><p>　　G導(dǎo)桿=m導(dǎo)桿×g=0.73×9.8=7.2（N）</p><p>　　7.3 升降導(dǎo)桿的校核</p><p>　　當(dāng)手臂伸出到最大范圍時(shí)，回轉(zhuǎn)中心彎矩最大，由兩條導(dǎo)桿同時(shí)承受，因M伸偏=40.88</p><

103、p>　　故σ===32.5（MPa）</p><p>　　查《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知45#鋼正火，[σ]=353(MPa)</p><p>　　σmax＜[σ]　（安全）</p><p>　　第八章 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　8.1 機(jī)械手的控制要求</p><p>　　為了便于生產(chǎn)加工、維修

104、、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推。( ( </p><p>　　( 該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器

105、進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。</p><p>　　8.2 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖(8-1)所示：</p><p>　　圖8-1 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安排圖</p><p>　　1：手動(dòng)截止閥 2：儲(chǔ)氣缸 3：空氣

106、過濾器 4：減壓閥 5： 油霧器 </p><p>　　6：壓力表 7、8、9、10：雙電位五通電控閥 11、12、13、14、15、16：節(jié)流閥加單向閥 </p><p>　　工作方式伸縮，上下，夾緊與旋轉(zhuǎn)部分：</p><p>　　電磁線圈3Y得電，手臂伸出；電磁線圈4Y得電，手臂回縮；電磁線圈5Y得電，手臂上升；電磁線圈6Y得電，手臂下降；

107、同理線圈2Y得電手爪夾緊，線圈1Y得電手爪松開；當(dāng)電磁線圈7Y得電手臂回轉(zhuǎn)氣缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，8Y得電手臂回轉(zhuǎn)氣缸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p><b>　　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)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。</p><p>　　2、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)

108、靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。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，不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。</p><p>　　3、通過對(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，節(jié)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><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

109、>　　1.張建民.工業(yè)機(jī)器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，1988</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)，2001, 4</p><p>　　3.金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(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 ，2001</p><p>　　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，1999,

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112、 Czech Republic. In: Automazione/Automation 1993, BIAS, Milano, Italy, November 23-25, 1993, pp. 723-726</p><p>　　12. Knoflí ek, R.- Marek, J.: Obráběcí centra a pr?myslové roboty s para

113、lelní kinematickou strukturou. In: Strojírenská vyroba, ro ník 45, 1997, .1-2, ISBN 0039-24567, pp. 9-11</p><p>　　13. Kolíbal, Z.: The theory of basic kinematic chain structures and

114、 its effect on their application in the design of industrial robot positioning mechanisms. CERM Akademické nakladatelství, s.r.o. Brno, 2001, ISBN 80-7204-196-7, p. 71</p><p><b>　　附錄</b>

115、;</p><p>　　附錄1：機(jī)械手總裝配圖紙。</p><p>　　附錄2：機(jī)械手手部圖紙。</p><p>　　附錄3：特殊軸圖紙。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在我尊敬的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