【正文】 上下移動(dòng)按直角坐標(biāo)形式 XYZ 三個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 其工作范圍可以是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)兩 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)如在 XYZ 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上個(gè)具有 ABC 三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即構(gòu)成六個(gè)自由度 直角坐標(biāo)式機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn) 1 產(chǎn)量大節(jié)拍短能滿足高速的要求 2 容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機(jī)械相配合 3 適于裝箱類多工序復(fù)雜的工作定位容易變更 4 定位精度高載重發(fā)生變化是不回影響精度 5 易于實(shí)行數(shù)控可與開(kāi)環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機(jī)械配合使用 缺點(diǎn)機(jī)械手的作業(yè)范圍較小 2 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一種型式它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件具有直觀性好結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單本體占用的空間較小而動(dòng)作范圍較大等優(yōu)點(diǎn) 圓柱 坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范圍可分為一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)不在直線運(yùn)動(dòng)所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作 1 手臂水平回轉(zhuǎn) 2 手臂伸縮 3 手臂上下 4 手臂回轉(zhuǎn)動(dòng)作 5 手爪夾緊動(dòng)作 圓柱式機(jī)械手的特點(diǎn)是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒手臂裝在滑動(dòng)套筒上手臂可做上下直線運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動(dòng) 3 球坐標(biāo)式機(jī)械手 球坐標(biāo)式機(jī)械手是一種自由度較多用途較廣的機(jī)械手它的工作范圍包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng) 球坐標(biāo)式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)八個(gè)動(dòng)作 1 手臂上下動(dòng)作即俯仰動(dòng)作 2 手臂左右動(dòng)作即回轉(zhuǎn)動(dòng)作 3 手臂前后動(dòng)作即伸縮動(dòng)作 4 手腕上下彎曲 5 手腕左右擺動(dòng) 6 手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 7 手爪夾緊動(dòng)作 8 機(jī)械手的整體移動(dòng) 球坐標(biāo)式機(jī)械手的特點(diǎn)是將手臂裝在樞軸上樞軸又裝在叉形架上能在垂直面內(nèi)作圓弧狀上下俯仰動(dòng)作它的臂可作伸縮橫向水平擺動(dòng)還可以上下擺動(dòng)工作范圍和人的手類似它的特點(diǎn)能能自動(dòng)選擇最合理的動(dòng)作路線所以工作效率高另外由于上下擺動(dòng)它的相對(duì)體積小動(dòng)作范圍大 422 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成 工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機(jī)械部分組成 手部 是機(jī)械手直接握持工件或工具 的部分 臂部 是機(jī)械手用來(lái)支持腕部與手部實(shí)現(xiàn)較大的運(yùn)動(dòng)范圍的部件 立柱 支承手臂并帶動(dòng)它升降擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu) 機(jī)座 是機(jī)械手用來(lái)支撐臂部并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他裝置的部分 23 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分的分析與選擇 手部的選擇 1 手部形式的確定 手部就是用來(lái)握持工件或工具的部分由于被握持的工件的形狀尺寸重量材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同手部機(jī)構(gòu)也是多種多樣常用的手部結(jié)構(gòu)按其握持原理可以分為如下兩類 1 夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式它主要由手指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成其又可 分為內(nèi)撐式外夾式和內(nèi)外夾持式區(qū)別在于夾持工件的部位不同手爪動(dòng)作方向相反 夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng) 手指應(yīng)有一定的開(kāi)閉范圍 手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力 要保證工件在手指內(nèi)的定位精度 結(jié)構(gòu)緊湊重量輕效率高 通用性和可換性 221 所示 圖 21 吸盤機(jī)構(gòu)圖 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 手臂是機(jī)械手的主要部分是支撐手腕手指和工件并使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 手臂一般有三個(gè)運(yùn)動(dòng)伸縮旋轉(zhuǎn)和升降手臂的基本動(dòng)作是將手部移動(dòng)到所需的位置和承受抓取工件的最大重量以及手臂本身的重量 1 手臂的組成 動(dòng)作元件如油缸汽缸齒條凸輪等是驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件 導(dǎo)向裝置是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩 手臂起著連接和承受外力的作用 2 手臂設(shè)計(jì)的要求 手臂承載能力大剛性好自重輕 手臂的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)慣性要小 手臂的動(dòng)作要靈活 位置精度要高 通用性要強(qiáng) 3422所示選擇雙向推力球軸承而不是單向的因?yàn)闄C(jī)座與轉(zhuǎn)臺(tái)在軸向上無(wú)法直接連接采用雙向推力球軸承就可以方便的將軸承內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺(tái)連接外環(huán)用罩扣固定在底座上另外推力球軸承應(yīng)選擇公稱尺寸較大一些的 這樣可以更好的承受傾覆力矩 1 底座 2 擺動(dòng)氣缸 3 雙向推力球軸承 4 扣罩 5 轉(zhuǎn)臺(tái) 圖 22 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖 24 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理 物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)座立柱水平手臂垂直手臂電磁閥和吸盤等組成其中機(jī)座采用擺動(dòng)氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作基本有伸縮升降左右旋轉(zhuǎn)吸物和放物等動(dòng)作其結(jié)構(gòu)原理如圖 22 所示其動(dòng)作順序?yàn)槌跏嘉恢? → A右旋 → B前伸 → C氣缸下降 → D吸物料→ C上升 → B收縮→ A左旋 → C氣缸下降→ D放物料 → C上升→回到初始位置機(jī)械手的動(dòng)作在整個(gè)過(guò)程中都 是連續(xù)可循環(huán)的 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 根據(jù)前面機(jī)械手各部分的設(shè)計(jì)可做出機(jī)械手大體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 23 所示大圖見(jiàn) CAD 圖 1 右旋限位開(kāi)關(guān) 2 左旋限位開(kāi)關(guān) 3 回縮限位開(kāi)關(guān) 4 前伸限位開(kāi)關(guān) 5 上升限位開(kāi)關(guān) 6 下降限位開(kāi)關(guān) A 擺動(dòng)氣缸 B 前伸回縮氣缸 C 上升下降氣缸 D 真空吸盤 圖 23 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 第三章 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的不同分為液壓氣壓電氣機(jī)械氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式目前采用的主要有液壓氣壓電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式 31 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 液壓驅(qū)動(dòng)功率重量比大可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)可自行潤(rùn)滑使用壽命長(zhǎng)但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境需要配備油源成本較高工作噪聲較大 電氣驅(qū)動(dòng)控制精度高驅(qū)動(dòng)力較大響應(yīng)快信號(hào)檢測(cè)傳遞處理方便但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴限制了在一 些場(chǎng)合的應(yīng)用因此人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功率體積比高無(wú)污染及抗干擾性強(qiáng)在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多另一方面氣動(dòng)技術(shù)作為廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)由于其元器件性能的不斷提高生產(chǎn)成本的不斷降低被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計(jì)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中全部自動(dòng)化流程中約有 30％裝有氣動(dòng)系統(tǒng)有 90％的包裝機(jī)械 70％的鑄造焊接設(shè)備50％的自動(dòng)操機(jī) 40％的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備 30％的采煤機(jī)械 20％的紡織機(jī)械制鞋業(yè)木材加工食品機(jī)械 43％的工業(yè)機(jī)器人裝有氣 壓系統(tǒng)日美德等國(guó)的氣動(dòng)元件銷售平均每年增長(zhǎng)超過(guò) 1015％許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的氣動(dòng)元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值且仍以較大速度發(fā)展氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具 表 31 給出了各種控制方式的比較 表 31 各種控制方式的比較 通過(guò)以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式不僅能夠滿足了本設(shè)計(jì)的要求而且節(jié)約了成本 32 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì) 根據(jù)物料分揀機(jī)械手的要求在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動(dòng)方式主要有兩種 1 直線運(yùn)動(dòng)缸體固定活塞桿運(yùn)動(dòng) 2 擺動(dòng)缸體固定其氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖 31 所示 圖 31 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 氣動(dòng)系統(tǒng)包括三個(gè)三位四通電磁換向閥兩個(gè)二位二通電磁閥三個(gè)氣缸一個(gè)吸盤四個(gè)調(diào)速閥六個(gè)單向調(diào)速閥消聲器若干等圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降伸長(zhǎng)和縮短擺動(dòng)過(guò)程中的速度防止速度過(guò)大對(duì)物料及機(jī)械手臂的沖擊三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運(yùn)動(dòng)方向真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的吸取和釋放真空發(fā)生器的動(dòng)作是由二位二通電磁閥控制的 33 氣動(dòng)元件選取及工作原理 氣壓驅(qū)動(dòng)是利用壓縮氣體的壓力能來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式其介質(zhì)主要是空氣也包括燃?xì)夂驼羝湫偷臍鈮?傳動(dòng)系統(tǒng)由以下四部分組成 氣源裝置 氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置其主體部分是空氣壓縮機(jī)有的還配有氣源凈化處理裝置氣罐等附屬設(shè)備它將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能氣壓傳動(dòng)對(duì)氣源的要求 要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度 下面對(duì)于主要的氣源裝置元件進(jìn)行如下介紹 1 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置是氣源主要的設(shè)備按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來(lái)增加空 氣的壓力容積型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī) 2 儲(chǔ)氣罐 儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流減少輸出氣流的脈動(dòng)使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定也可以作為應(yīng)急氣源使用還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)儲(chǔ)氣罐上裝有安全閥使其極限壓力比正常工作壓力高 10 并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等罐的型式可分為立式和臥式兩種本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下出氣口在上以利用進(jìn)一步分離空氣中的油水 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能擺動(dòng)氣缸輸 出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能 1 氣缸輸出直線往復(fù)式 氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化標(biāo)準(zhǔn)化通用化水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒前后缸蓋活塞活塞桿密封件和緊固件等組成其工作原理對(duì)于前伸回縮氣缸當(dāng)左側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸反之活塞桿回縮對(duì)于上升下降氣缸當(dāng)上側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣下側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿下降反之活塞桿上升 2 擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式 擺動(dòng)氣缸分為單葉片式和雙葉片式 單葉片式擺動(dòng)氣缸壓縮空氣由進(jìn)氣口輸入作用在葉片上帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩另 一腔的空氣從排氣口排出 雙葉片式擺動(dòng)氣缸從進(jìn)氣口進(jìn)入的壓縮空氣作用在一個(gè)葉片上同時(shí)通過(guò)軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍 本設(shè)計(jì)采用雙葉片式擺動(dòng)氣缸這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩以利于機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng) 控制元件 控制元件是用來(lái)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力流量和控制其流動(dòng)方向使氣動(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)控制元件按功能分為壓力控制閥流量控制閥和方向控制閥 1 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動(dòng)元件稱為壓力控制閥它包括調(diào)壓閥溢流閥順序閥及多 功能組合閥 調(diào)壓閥是出口側(cè)壓力可調(diào)并能保持出口側(cè)壓力穩(wěn)定的壓力控制閥 溢流閥是在回路中的壓力達(dá)到閥的規(guī)定值時(shí)使部分氣體從排氣側(cè)排出以保持回路內(nèi)的壓力在規(guī)定值的閥 調(diào)速閥是根據(jù)流量負(fù)反饋原理設(shè)計(jì)而成的單路流量閥調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中調(diào)速閥根據(jù)串聯(lián)減壓式和并聯(lián)溢流式又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥 2 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動(dòng)方向和氣流通斷狀態(tài)使氣動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類 單 向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過(guò)的閥是最簡(jiǎn)單的單向型方向閥在氣動(dòng)系統(tǒng)中單向閥除單獨(dú)使用之外經(jīng)常與流量閥換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)其節(jié)流過(guò)程與調(diào)速閥是一樣的節(jié)流縫隙的大