【正文】 臂回轉(zhuǎn) 手臂延伸 真空吸盤放下工件 手臂收縮 大臂反轉(zhuǎn) 大臂下降。 （四）真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手方案設(shè)計(jì) （ 1） 對(duì)于真空吸盤式氣動(dòng)的機(jī)械手，其工件的運(yùn)動(dòng)只需較少的自由度就能完成。 7 氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，故采 取氣壓傳動(dòng)方式。 （ 2） 本機(jī)械手是專用自動(dòng)機(jī)械手，選擇智能控制方式中的 PLC程序控制方式，這樣可以使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)更加緊湊和完美。 （ 3） 本機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)是手部機(jī)構(gòu)。手部機(jī)構(gòu)形式多樣，但綜合其總體構(gòu)型，可分為：氣吸式、電磁式和鉗爪式 3種。根據(jù)本組合機(jī)床加工工件的特征，選擇氣吸式（真空吸盤式）手部結(jié)構(gòu)。 （ 4）常見的工業(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 : 直角坐標(biāo)型機(jī)械手、圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手、球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機(jī)械手、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)簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，且根 據(jù)本機(jī)械手坐標(biāo)形式分析分析本機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，采用圓柱坐標(biāo)形式。因此方案確定機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式， PLC控制，真空吸盤式手部結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)形式。 8 三 真空元件的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 （一）真空吸盤吸持工件的動(dòng)力學(xué)分析 在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)作業(yè)線上 ,使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運(yùn)功能 ,并確保不損壞其作用之對(duì)象。而吸持力靠真空系統(tǒng)維持 ,真空的產(chǎn)生可以是由電動(dòng)機(jī)、真空泵以及各種 真空器件所組成的真空系統(tǒng)來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來提供。前者需要配置獨(dú)力的真空系統(tǒng) ,而后者可以利用一般生產(chǎn)過程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。因此 ,特別在各種包裝作業(yè)過程中 ,利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟(jì)。真空發(fā)生器的原理是 壓空氣通過收縮的噴騰后 ,從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動(dòng) ,從而在接受室形成負(fù)壓 ,誘導(dǎo)二次真空。這樣的真空系統(tǒng) ,尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì) ,可以根據(jù)需的真空度設(shè)計(jì)出所需的真空發(fā) 生器。用真空吸盤來抓取物體 ,可以根據(jù)物體的不同形狀實(shí)現(xiàn)任意角度的傳遞。 在此次設(shè)計(jì)中，工件平放；故從水平方向?qū)φ婵瘴P的受力分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。如圖 。在圖 ,除了要吸持住工件負(fù)載外 ,還應(yīng)該考慮吸盤移動(dòng)時(shí)因工件的慣性力對(duì)吸力的影響。 圖 真空吸盤的安裝位置 9 （二）真空吸盤的選取 為了確保真空吸盤能完成給定的任務(wù) ,需考慮一定的安全系數(shù) ,根據(jù)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ,真空吸盤的安全系數(shù) N一般取 ，因此 ,許用提升重量 = 理論提升 重量 /N=垂直提升力 /N 表 吸盤直徑、面積、垂直提升力參數(shù)表 吸盤垂直提升力（ N） 吸盤直徑 D(mm) 10 13 16 20 25 32 40 50 吸持面積（ cm178。） 吸盤垂直提升力（ N）（ ） 由上表可知，當(dāng)工件重量為 2kg 時(shí)，許用提升重量為 ，欲使 安全系數(shù)達(dá)到要求，只需滿足 2 . 5?垂 直 提 升 力許 用 提 升 重 量 （ ） 即可，由表 選取吸盤直徑為 40mm 即可滿足 考慮到吸附物的可吸附尺寸（面），所選的吸盤直徑應(yīng)設(shè)定為大于所需吸盤直徑（ D）因吸盤在吸附時(shí)會(huì)變形，吸盤的外徑將增加 10%左右。 因?yàn)檎婵諌毫?huì)使吸盤變形，所以吸附面積要比吸盤直徑小。變形度根據(jù)吸盤的材質(zhì)，形狀，橡膠的硬度而有區(qū)別，因此，在計(jì)算得出吸盤直徑時(shí)需留出余量。安全系數(shù)中包括變形部分。 吸盤直徑雖表示吸盤的外徑，但利用 真空壓力吸附物體時(shí)，因真空壓會(huì)使橡膠變形，吸附面積也會(huì)隨之縮小?？s小后的面積即稱為有效吸附面積，此時(shí)的吸盤直徑即稱為有效吸盤直徑。 根據(jù)真空壓力，吸盤橡膠的厚度以及與吸附物的摩擦系數(shù)等不同，有效吸盤直徑也會(huì)有差異，一般情況可預(yù)估會(huì)縮小 10%。 綜合上述，所選吸盤參數(shù)為： 吸盤直徑 D=40mm， 吸盤吸持面積 A=，吸盤個(gè)數(shù) n=1，真空壓力 P=。 10 （三）真空發(fā)生器設(shè)計(jì) 真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無可動(dòng)機(jī)械部件，安裝和使用都很方便，因此應(yīng)用很廣泛，真空發(fā)生器產(chǎn)生的真空度 可達(dá)到 88kpa，真空發(fā)生器的工作原理如圖 所示。它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管 負(fù)壓腔 和接收管 3等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當(dāng)供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負(fù)壓腔內(nèi)的氣體，使該腔形成很低的真空度，在真空口 A處接上真空吸盤，靠真空壓力和吸盤吸取物體。 圖 真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖 真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)簡單，無可動(dòng)機(jī)械部件，故使用壽命長。 真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關(guān)。同意噴嘴直徑， 其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加，如圖 。噴嘴直徑是選擇真空發(fā)生器的主要依據(jù)。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。 11 圖 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系 圖 所示為真空度特性曲線。由圖可知，真空度存在最大值 Pzmax，當(dāng)超過最大值后，即使增加供氣壓力，真空度不但沒有增加反而下降。實(shí)際使用時(shí)，建議真空度選為（ 63%95%） Pzmax。 圖 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系 在真空吸盤的選取時(shí)，已確定真空壓力為 ，由圖 、 可得，該真空 12 發(fā)生器耗氣量和真空度分別取 5L/min， 。 （四）其他元器件的選用 一個(gè)完整的真空吸附系統(tǒng)還包括真空過濾器 、 供給閥 、 破壞閥等 ， 真空過濾器的選擇 ZFB20006 型， 流量是 30L/min， 大于真空發(fā)生器的最大流量 24L/min， 滿足需求， 真空節(jié)流閥選擇 KLA 系列單向節(jié)流 KLAL6，公稱通徑是 6mm，有效截流面大于 5mm2,泄露量小于 50cm3/min,單向閥開啟壓力為 。 供給閥設(shè)置在壓力管路中，選擇一般的換 向閥 AB3 AB41 系列多流體二位二通直動(dòng)截止電磁換向閥，型號(hào)： AB31016，公稱通徑 5mm， AB 接管螺紋 ZG1/8，有效截面面積 ,有效截面面積大于真空發(fā)生器噴嘴兒面積的 4倍，供氣口得連接管內(nèi)徑大于噴嘴直徑的 4倍，減少供給回路的壓力損失。 真空換向閥設(shè)置在真空回路中，必須選擇能用在真空條件下的換向閥，真空換向閥要求不泄露，故選擇用截止式和導(dǎo)膜片式結(jié)構(gòu)比較理想，選擇 09270、 09550系列多種流體二位二通先導(dǎo)膜片式電磁閥，型號(hào)： 0927000，接管螺紋 1/4in,通徑 8mm,換向頻率大 于 。 13 四 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一） 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的概述 應(yīng)用 PLC作為電氣控制，可以簡化控制線路，降低故障率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手多種動(dòng)作線路。一般機(jī)械手有手動(dòng)和自動(dòng)控制之分，手動(dòng)控制主要用來硬件調(diào)試。自動(dòng)控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動(dòng)按鈕，檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否處于原位，如果不是，按下復(fù)位按鈕回到原位，如果是，則檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手執(zhí)行一步動(dòng)作；單周期指執(zhí)行一次 動(dòng)作循環(huán)，最后回到初始位置；周期循環(huán)是機(jī)械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動(dòng)作，直到按下復(fù)位或停止按鈕為止。 根據(jù)機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)， PLC輸入信號(hào)有：工作狀態(tài)選擇開關(guān)輸入、啟動(dòng)停止按鈕輸入、磁性接近開關(guān)信號(hào)輸入、手動(dòng)開關(guān)輸入及程序選擇開關(guān)輸入共 22個(gè)輸入點(diǎn)；機(jī)械手的輸出信號(hào)有：驅(qū)動(dòng) 4個(gè)氣缸的電磁閥線圈 4個(gè)，控制真空吸盤的電磁閥線圈 2個(gè)，原點(diǎn)指示燈 1個(gè)，共七個(gè)輸出點(diǎn)。選擇輸入點(diǎn)大于 22點(diǎn)，輸出大于 7點(diǎn)的 PLC。 機(jī)械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設(shè)定位置裝置定位塊。并為了達(dá)到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，設(shè)計(jì)盡量輕的零 部件。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實(shí)心的零件做成空心的，以此來減輕總質(zhì)量。采取 PLC程序控制，控制系統(tǒng)選擇三菱公司的 FX1S系列的 PLC控制器。另外機(jī)械手還可進(jìn)行回零等，其有手動(dòng)控制方式和全自動(dòng)控制。 自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)械手的主要參數(shù) :吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮最大行程 300mm；手臂升降最大行程為 200mm；手臂回轉(zhuǎn)最大行程 180度，手臂升降速度為 150mm/s；大臂回轉(zhuǎn)角度范圍 090176。，大臂回轉(zhuǎn)速度為 135176。 /s；定位方式為定位塊；定位精度為；控制方式為點(diǎn)位式、 PLC控制；驅(qū)動(dòng)方式為氣壓系統(tǒng)。 14 （二）機(jī)械手電氣控制程序 表 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 1 LD X400 17 AND