【正文】 1 一 緒論 （一 ）氣 壓傳動技術(shù)的研究發(fā)展動向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前氣壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、高度集成化的方向發(fā)展。雖然氣壓傳動技術(shù)方便簡潔，但是氣壓傳動中存在著一些亟待解決的問題，如：氣壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、氣壓沖擊對設(shè)備可靠性的影響等等，這些問題都是氣壓傳動技術(shù)需要研究和解決的。任何技術(shù)的改革和創(chuàng)新，都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提，這樣才具有它的實(shí)際意義。 （二）氣壓傳動技術(shù)的應(yīng)用 機(jī)械制造業(yè)，其中包括機(jī)械加工生產(chǎn)線上工件的裝夾及搬送，鑄造生產(chǎn)線上的造型、搗固、合箱等。在汽車制造中，汽車自動化生產(chǎn)線、車體部件自動搬運(yùn)與固定、自動焊接等。 電子 IC 及電器行業(yè)，如用于硅片的搬運(yùn)，元器件的插裝與錫焊，家用電器的組裝等。 石油、化工業(yè) 用管道輸送介質(zhì)的自動化流程絕大多數(shù)采用氣動控制，如石油提煉加工、氣體加工、化肥生產(chǎn)等。 輕工食品包裝業(yè)，其中包括各種半自動或全自動包裝生產(chǎn)線，例如：酒類、油類、煤氣罐裝，各種食品的包裝等。 機(jī)器人，例如裝配機(jī)器人，噴漆機(jī)器人，搬運(yùn)機(jī)器人以及爬墻、焊接機(jī)器人等。 其它，如車輛剎車裝置，車門開閉裝置，顆粒物質(zhì)的篩選，魚雷導(dǎo)彈自動控制裝置等。目前各種氣動工具的廣泛使用，也是氣動技術(shù)應(yīng)用的一個組成部分。 （三）氣壓傳動的特點(diǎn) 氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn) ：以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道；因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴(yán)重污染環(huán)境；與液壓傳動相比，氣壓傳動動作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題；工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動等 惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電 2 氣控制優(yōu)越；成本低，過載能自動保護(hù)。 氣壓傳動的缺點(diǎn)：由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差，但采用氣液聯(lián)動裝置會得到較滿意的效果；因工作壓力低（一般為 ），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于 10～ 40kN；噪聲較大，在高速排氣時要加消聲器；氣動裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動控制系統(tǒng)不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。 （四）機(jī)械手的組成 工業(yè)的機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 。 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1） 手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、楔塊杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、內(nèi)撐連桿式、右絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 （ 2）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動、上下擺動 、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,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，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 （ 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），并帶動他們做空間運(yùn)動。 臂部運(yùn)動的目的 ：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(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，一般來說臂部具有三個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。 手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)， 3 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、動載荷，而且自身運(yùn)動較為多，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。 （ 4）行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國的正處于仿真階段。 驅(qū)動 機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。采用氣壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便、可獲得較大的輸出功率、氣體不可壓縮，壓力、流量易于控制，反應(yīng)靈敏、控位精確等優(yōu)秀特點(diǎn)。 3 控制系統(tǒng)分類 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 （五）本課題設(shè)計的主要 內(nèi)容 本設(shè)計課題名稱為 真空吸盤式氣動 機(jī)械手 的設(shè)計，設(shè)計一套真空吸盤式氣動機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動形式，氣壓傳動， PLC 系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。 性能特點(diǎn)：機(jī)械手的動作循環(huán)（工件平放）：真空吸盤吸取工件 大臂上升 大臂回轉(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。 主要技術(shù)參數(shù)：吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍 0300mm，手臂升降行程范圍 0200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180186。；定位方式為定位塊；控制 方式為點(diǎn)位式、 PLC 控制；驅(qū)動方式為氣壓傳動系統(tǒng)。 （六）設(shè)計的基本思路、方案 分析、理解設(shè)計任務(wù)書的要求→查閱相關(guān)資料→初步擬訂設(shè)計方案→設(shè)計方案對比并確定最佳方案→參數(shù)的設(shè)計計算→裝配圖草圖→零件設(shè)計→零件草圖→繪制裝配圖→繪制零件圖→編寫設(shè)計說明書 4 （七）設(shè)計原則 這次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計要求為根本設(shè)計目標(biāo)，充分考慮機(jī)械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時提高可靠性。本著 科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計原則，同時也考慮本次設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識，如機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、 液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感器、可編程控制器（ PLC）、電子技術(shù)、自動控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識 盡可能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計中，使得經(jīng)過本次設(shè)計對大學(xué)階段的知識得到鞏固和強(qiáng)化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計。 5 二 真空吸盤式氣動機(jī)械手的總體設(shè)計 （一）真空吸盤式氣動機(jī)械手設(shè)計的主 要技術(shù)參數(shù) 設(shè)計一套真空吸盤式氣動機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動形式，氣壓傳動，PLC 系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求，主要技術(shù)參數(shù)見表 ： 表 主要技術(shù)參數(shù) （二）真空吸盤式氣動機(jī)械手工作原理分析 真空吸盤式氣動機(jī)械手功能原理如圖 所示 吸盤吸持力 2kg 運(yùn)動形式 圓柱坐標(biāo) 手臂伸縮行程范圍 0300mm 手臂升降行程范圍 0200mm 手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180176。 定位方式 定位塊 控制方式 點(diǎn)位式、 PLC 控制 驅(qū)動方式 氣壓傳動系統(tǒng) 自由度數(shù) 3 6 圖 功能原理圖 真空吸盤工作原理： 真空的產(chǎn)生可以是由電動機(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)立的真空系統(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：壓縮空氣通過收 縮的噴嘴后，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，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)，尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。用真空吸盤來抓取物體，可以根據(jù)物體的不同形狀來實(shí)現(xiàn)任意角度的傳遞。以下將從兩種特殊位置，即水平和垂直兩個方向，對真空吸盤的受力進(jìn)行動態(tài)分析 。 （三）真空吸盤式氣動機(jī)械手工藝方案 設(shè)計一套真空吸盤式氣動機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動形式，氣壓傳動，PLC 系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。 主要技術(shù) 參數(shù)：吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍 0300mm，手臂升降行程范圍 0200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180186。；定位方式為定位塊；控制方式為點(diǎn)位式、 PLC 控制；驅(qū)動方式為氣壓傳動系統(tǒng)。 機(jī)械手的動作循環(huán)（工件平放）：真空吸盤吸取工件