【正文】 上下移動按直角坐標形式 XYZ 三個方向的直線進行運動 其工作范圍可以是一個直線運動兩 個直線運動或三個直線運動如在 XYZ 三個直線運動方向上個具有 ABC 三個回轉(zhuǎn)運動即構(gòu)成六個自由度 直角坐標式機械手的優(yōu)點 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械相配合 3 適于裝箱類多工序復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 易于實行數(shù)控可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機械配合使用 缺點機械手的作業(yè)范圍較小 2 圓柱坐標式機械手 圓柱坐標式機械手是應用最多的一種型式它適用于搬運和測量工件具有直觀性好結(jié)構(gòu)簡單本體占用的空間較小而動作范圍較大等優(yōu)點 圓柱 坐標式機械手的工作范圍可分為一個旋轉(zhuǎn)運動一個直線運動加一個不在直線運動所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動二個直線運動加一個旋轉(zhuǎn)運動 圓柱坐標式機械手有五個基本動作 1 手臂水平回轉(zhuǎn) 2 手臂伸縮 3 手臂上下 4 手臂回轉(zhuǎn)動作 5 手爪夾緊動作 圓柱式機械手的特點是在垂直導柱上裝有滑動套筒手臂裝在滑動套筒上手臂可做上下直線運動和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動 3 球坐標式機械手 球坐標式機械手是一種自由度較多用途較廣的機械手它的工作范圍包括一個旋轉(zhuǎn)運動二個旋轉(zhuǎn)運動二個旋轉(zhuǎn)運動加一個直線運動 球坐標式機械手可實現(xiàn)八個動作 1 手臂上下動作即俯仰動作 2 手臂左右動作即回轉(zhuǎn)動作 3 手臂前后動作即伸縮動作 4 手腕上下彎曲 5 手腕左右擺動 6 手腕旋轉(zhuǎn)運動 7 手爪夾緊動作 8 機械手的整體移動 球坐標式機械手的特點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作它的臂可作伸縮橫向水平擺動還可以上下擺動工作范圍和人的手類似它的特點能能自動選擇最合理的動作路線所以工作效率高另外由于上下擺動它的相對體積小動作范圍大 422 執(zhí)行機構(gòu)的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成 手部 是機械手直接握持工件或工具 的部分 臂部 是機械手用來支持腕部與手部實現(xiàn)較大的運動范圍的部件 立柱 支承手臂并帶動它升降擺動和移動的機構(gòu) 機座 是機械手用來支撐臂部并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置的部分 23 執(zhí)行機構(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)機械廣泛應用的一種手部形式它主要由手指傳動機構(gòu)驅(qū)動機構(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作方向相反 夾持式手部設計時應注意以下事項 手指應有一定的開閉范圍 手指應具有適當?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 吸盤機構(gòu)圖 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 手臂是機械手的主要部分是支撐手腕手指和工件并使它們運動的機構(gòu) 手臂一般有三個運動伸縮旋轉(zhuǎn)和升降手臂的基本動作是將手部移動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 動作元件如油缸汽缸齒條凸輪等是驅(qū)動手臂運動的部件 導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 手臂設計的要求 手臂承載能力大剛性好自重輕 手臂的運動速度要適當慣性要小 手臂的動作要靈活 位置精度要高 通用性要強 3422所示選擇雙向推力球軸承而不是單向的因為機座與轉(zhuǎn)臺在軸向上無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)臺連接外環(huán)用罩扣固定在底座上另外推力球軸承應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 擺動氣缸 3 雙向推力球軸承 4 扣罩 5 轉(zhuǎn)臺 圖 22 機座結(jié)構(gòu)圖 24 執(zhí)行機構(gòu)的工作原理 物料分揀機械手的結(jié)構(gòu)主要由機座立柱水平手臂垂直手臂電磁閥和吸盤等組成其中機座采用擺動氣缸進行驅(qū)動手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動機械手的動作基本有伸縮升降左右旋轉(zhuǎn)吸物和放物等動作其結(jié)構(gòu)原理如圖 22 所示其動作順序為初始位置 → 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→回到初始位置機械手的動作在整個過程中都 是連續(xù)可循環(huán)的 執(zhí)行機構(gòu)簡圖 根據(jù)前面機械手各部分的設計可做出機械手大體結(jié)構(gòu)簡圖如圖 23 所示大圖見 CAD 圖 1 右旋限位開關(guān) 2 左旋限位開關(guān) 3 回縮限位開關(guān) 4 前伸限位開關(guān) 5 上升限位開關(guān) 6 下降限位開關(guān) A 擺動氣缸 B 前伸回縮氣缸 C 上升下降氣缸 D 真空吸盤 圖 23 執(zhí)行機構(gòu)簡圖 第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置機械手的驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同分為液壓氣壓電氣機械氣液聯(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)動方式 31 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 液壓驅(qū)動功率重量比大可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向容易實現(xiàn)過載保護可自行潤滑使用壽命長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)動控制精度高驅(qū)動力較大響應快信號檢測傳遞處理方便但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴限制了在一 些場合的應用因此人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式 氣壓驅(qū)動具有價格低廉結(jié)構(gòu)簡單功率體積比高無污染及抗干擾性強在工業(yè)機械手中應用較多另一方面氣動技術(shù)作為廉價的自動化技術(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用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域在現(xiàn)代化的成套設備與自動化生產(chǎn)線上幾乎都配有氣動系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計在工業(yè)發(fā)達國家中全部自動化流程中約有 30％裝有氣動系統(tǒng)有 90％的包裝機械 70％的鑄造焊接設備50％的自動操機 40％的鍛造設備和洗衣設備 30％的采煤機械 20％的紡織機械制鞋業(yè)木材加工食品機械 43％的工業(yè)機器人裝有氣 壓系統(tǒng)日美德等國的氣動元件銷售平均每年增長超過 1015％許多工業(yè)發(fā)達國家的氣動元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值且仍以較大速度發(fā)展氣動機械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實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 通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用氣動驅(qū)動的方式不僅能夠滿足了本設計的要求而且節(jié)約了成本 32 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設計 根據(jù)物料分揀機械手的要求在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有兩種 1 直線運動缸體固定活塞桿運動 2 擺動缸體固定其氣動驅(qū)動系統(tǒng)原理圖如圖 31 所示 圖 31 驅(qū)動系統(tǒng)原理圖 氣動系統(tǒng)包括三個三位四通電磁換向閥兩個二位二通電磁閥三個氣缸一個吸盤四個調(diào)速閥六個單向調(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和縮短擺動過程中的速度防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向真空發(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現(xiàn)對物料的吸取和釋放真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的 33 氣動元件選取及工作原理 氣壓驅(qū)動是利用壓縮氣體的壓力能來實現(xiàn)能量傳遞的一種方式其介質(zhì)主要是空氣也包括燃氣和蒸汽典型的氣壓 傳動系統(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有的還配有氣源凈化處理裝置氣罐等附屬設備它將原動機提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能氣壓傳動對氣源的要求 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 下面對于主要的氣源裝置元件進行如下介紹 1 空氣壓縮機 空氣壓縮機是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置是氣源主要的設備按結(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增加空 氣的壓力容積型結(jié)構(gòu)簡單使用方便本設計選用容積型壓縮機 2 儲氣罐 儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流減少輸出氣流的脈動使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定也可以作為應急氣源使用還可以進一步分離油水雜質(zhì)儲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計選用立式儲氣罐因為它的進氣口在下出氣口在上以利用進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)生機械運動并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置如氣缸輸出直線往復式機械能擺動氣缸輸 出回轉(zhuǎn)擺動式機械能 1 氣缸輸出直線往復式 氣缸是氣動執(zhí)行元件之一目前最常選用的是標準氣缸其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化標準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于前伸回縮氣缸當左側(cè)無桿腔進氣右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸反之活塞桿回縮對于上升下降氣缸當上側(cè)無桿腔進氣下側(cè)有桿腔排氣時活塞桿下降反之活塞桿上升 2 擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式 擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式 單葉片式擺動氣缸壓縮空氣由進氣口輸入作用在葉片上帶動軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩另 一腔的空氣從排氣口排出 雙葉片式擺動氣缸從進氣口進入的壓縮空氣作用在一個葉片上同時通過軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動軸回轉(zhuǎn)這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍 本設計采用雙葉片式擺動氣缸這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩以利于機械手的轉(zhuǎn)動 控制元件 控制元件是用來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力流量和控制其流動方向使氣動執(zhí)行機構(gòu)獲得必要的力動作速度和改變運動方向并按規(guī)定的程序工作氣動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到閥的規(guī)定值時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)流量負反饋原理設計而成的單路流量閥調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負載變化大而運動速度要求穩(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計選用串聯(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方向和氣流通斷狀態(tài)使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥其通常可分為單向型控制閥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方向流動而不能反向流動通過的閥是最簡單的單向型方向閥在氣動系統(tǒng)中單向閥除單獨使用之外經(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流體正向流動時其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的節(jié)流縫隙的大