【正文】 7）手腕正轉(zhuǎn) ↑ ↓ 12）第二次手臂縮回← 11）延時(shí)← 10）手爪松開(kāi)← 9)第二次手臂伸出← 8）回轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn) 4． 2 執(zhí)行元件選擇 1 類型與主要尺寸參數(shù)如下表（表 4－ 1） 17 17 表 4－ 1 類型與主要尺寸參數(shù) 2 耗氣量計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》 ，可得計(jì)算公式 有桿腔： Q=π(D 2d2)S/(4t) （ 4－ 1） 無(wú)桿腔： Q= π D2S/(4t) （ 4－ 2） Q—— 每秒鐘壓縮空氣消耗量 D—— 氣缸內(nèi)徑 (大徑 ) d—— 氣缸活塞桿直徑 (小徑 ) S—— 氣缸行程 t—— 桿單向伸縮時(shí)間 1)夾緊缸：已知缸徑 D= 米，行程 s= 米，全行程需時(shí)間 t1= 秒，代入4－ 2式，可算出壓縮空氣量： Qa= 2 (4)≈ 3/s 2)伸縮缸：已知缸徑 D= 米，小徑 d= 米，行程 s= 米，全行程需時(shí)間t2=2 秒，代入 4－ 1式，可算出壓縮空氣量： Qb=π( )(42)≈ 3/s 3)升降缸：已知缸徑 D= 米，小徑 d= 米，行程 s= 米，全行程需時(shí)間 t2=2秒，代入 4－ 1式，可算出壓縮空氣量 ： Qc=π( )(4)≈ 3/s 4) 腕部 馬達(dá)耗氣量： 根據(jù)公式可可算出壓縮空氣量 : G=pznV1/(RT1) （ 4－ 3）Q=GRT0/P0 （ 4－ 4） ` 氣缸或 馬達(dá) 標(biāo)號(hào) 內(nèi)徑 mm 活塞桿直徑 mm 行程 mm 全行程需要時(shí)（ s） 耗氣量 cm3/s 指部 夾緊缸 MDBB5035 50 0 35 腕部 葉片馬達(dá) CDRB1BW50180S 50 0 ~ 180176。 （ 3－ 29） ? ＝Ｍ／Ｗ＝ ／ [(π ／ 32) (30 103)3] ≈ MPa［ ? ］＝ 100 MPa 15 15 45鋼［ ? ］＝ 100 MPa 校核升降氣缸缸頭銷： P 升降缸 ＝ 50２ 10６ /4＝ N σ ＝Ｐ／Ｓ＝Ｐ／ (π d２ /4) （ 3－ 30） ＝ ( 4)/ (8 103)2 ＝ MPa［ σ ］＝ 58 MPa ? bＳ ＝Ｐ／Ａ bＳ ＝ (8 15) 106 ＝ MPa［ ? bＳ ］＝ 100 MPa 所以此銷安全。一般取 ，這里考慮到摩擦的副作用則取 。 各零部件的總重心位置距手臂回轉(zhuǎn)軸軸線的距離為Ｐ，其值為： ρ ＝（Ｇ １ Ｘ １ ＋Ｇ ２ Ｘ ２ ＋??）／（Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋??） ＝ Σ Ｇ ｉ Ｘ ｉ ／ Σ Ｇ ｉ 厘米 （ 3－ 25） 其偏重力矩Ｍ 偏 為：Ｍ 偏 ＝Ｇ ｐ ＝ Σ Ｇ ｉ Ｘ ｉ 公斤 ? 厘米 當(dāng)手臂處于伸長(zhǎng)和回縮狀態(tài)時(shí)，立柱所受偏重力矩分別為： ρ 縮 ＝ (Ｇ 工件 Ｘ 工件 ＋Ｇ 手爪 Ｘ 手爪 ＋Ｇ 腕部回轉(zhuǎn)缸 Ｘ 腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋Ｇ 伸縮導(dǎo)向 Ｘ 伸縮導(dǎo)向 －Ｇ 伸縮缸 Ｘ 伸縮缸 )／（ Ｇ 工件 ＋Ｇ 手爪 ＋Ｇ 腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋Ｇ 伸縮導(dǎo)向 ＋Ｇ 伸縮缸 ） （ 3－ 26） ＝（ 700＋ 570＋ 450＋ 9 13－ 83） ／（ ＋ ＋ ＋ 9＋ ） ＝ ＝ mm ρ 縮 ＝ (Ｇ 工件 Ｘ /工件 ＋Ｇ 手爪 Ｘ /手爪 ＋Ｇ 腕部回轉(zhuǎn)缸 Ｘ /腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋Ｇ 伸縮導(dǎo)向 Ｘ /伸縮導(dǎo)向 －Ｇ 伸縮缸 Ｘ /伸縮缸 )／（ Ｇ 工件 ＋Ｇ 手爪 ＋Ｇ 腕部回轉(zhuǎn)缸 ＋Ｇ 伸縮導(dǎo)向 ＋Ｇ 伸縮缸 ） （ 3－ 27） ＝（ 1200＋ 1070＋ 950＋ 9 355－ 30） /(＋ ＋ ＋ 9＋ ) ＝ mm Ｍ 縮 ＝Ｇ ρ 縮 ＝ ＝ Nｍ Ｍ 伸 ＝Ｇ ρ 伸 ＝ ＝ Nｍ 由于要將偏重力矩減至最小，因此配重取兩者的中間值。結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，受力性能良好，定位誤差小。 整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置布置初定大概如下所示： 爪部 +夾緊缸 +手腕轉(zhuǎn)動(dòng)缸 +伸縮缸 ＋ 升降缸（回轉(zhuǎn)缸） ＋ 回轉(zhuǎn)缸（升降缸） 為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)盡量趨向于輕便簡(jiǎn)單，在此我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸，將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上，但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)缸的工作壓力是否達(dá)到系統(tǒng)的壓力要求，所以此部分將留待往后再作決定。 3． 控制系統(tǒng)：是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。其作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實(shí)現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動(dòng)作。手指直接與物體接觸，傳力機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件，其由氣缸實(shí)現(xiàn)。 綜合上述四種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，且結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單，其傳動(dòng)平穩(wěn)和動(dòng)作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。常被用于為工作主機(jī)的上，下料。但是由于空氣具有可壓縮的特點(diǎn)，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。根據(jù)給出的工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定 其余各部件的設(shè)計(jì)。 2．本工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即沿 X 軸的伸縮，沿 Z 軸的升降和繞 Z 軸的回轉(zhuǎn)。 為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度鋁合金制造。 5． 進(jìn)行對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)，遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人，智能裝配機(jī)器人，機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已安 裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基 于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性，易操作性和可維修性。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)械擋位）系統(tǒng)組成。 ⑷ 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí)，可在機(jī)座輪，軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。也有的工業(yè)機(jī)械手沒(méi)有手腕。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛；平移型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用較少。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 （ 2） 圓柱坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。但同時(shí) 也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，定位精度難以保 4 4 證，整機(jī)的造價(jià)高，自重大。有幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)就有幾個(gè)自由度。 連續(xù)控制 —— 工業(yè)機(jī)械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。但動(dòng)作固定不可變。 氣壓機(jī)械手 —— 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動(dòng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。 按驅(qū)動(dòng)方式可分為：液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手、電動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械式機(jī)械手。 ⒉ 分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多 按使用范圍可分為：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手。 機(jī)械設(shè)計(jì)是從使用要求等出發(fā)，對(duì)機(jī)械的工作原 理，結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)形式，力和能量的傳遞方式，以至各個(gè)零件的材料和形狀尺寸，以及使用維修等問(wèn)題進(jìn)行構(gòu)思，分析和決策的工作過(guò)程，這種過(guò)程的結(jié)構(gòu)一般要表達(dá)成設(shè)計(jì)圖紙，說(shuō)明書(shū)以及各種技術(shù)文件。第六章是設(shè)計(jì)的總結(jié)。設(shè)計(jì)共分為六章，第一章緒論是說(shuō)明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，意義，研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求，簡(jiǎn)述本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年?？扑鶎W(xué)的課程進(jìn)行的，主要有：機(jī)械零件設(shè)計(jì)，機(jī)械零件圖測(cè)繪，液壓與氣動(dòng)技術(shù)， PLC 電子編程技術(shù)，理論力學(xué)，工程力學(xué)等。第五章工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要介紹了 PLC 的程序梯形圖。 關(guān)鍵字：機(jī)械手，氣動(dòng)系統(tǒng)， PLC， 2 2 目 錄 1 緒論 ――――――――――――――――――――――――――――――――――― 3 1． 1 課題設(shè)計(jì)的論述 ―――――――――――――――――――――――――――― 3 1． 1． 1 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 ―――――――――――――――――――――― 3 1． 1． 2 現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) ――――――――――――――――――――――― 4 1． 2 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的 基本步驟 ―――――――――――――――――――――― 5 2 總體設(shè)計(jì) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 6 2． 1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2． 1． 1 總體說(shuō)明 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2． 1． 2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 6 2． 1． 3 整體機(jī)構(gòu)的確定 ―――――――――――――――――――――――― 7 3 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì) – ―――――――――――――――――――――― 8 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) ――――――――――――――――――――――――― 8 工業(yè)設(shè)計(jì)手的參數(shù)計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――― 8 手部質(zhì)量計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――――― 8 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 ――――――――――――――――――― 9 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 ―――――――――――――― ――――――――― 10 伸縮氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――――――――― 11 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 ――――――――――――――――――――――――― 12 配重計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――――――― 13 升降部分計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――――― 14 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 ―――――――――――――――――――――――― 15 撓度計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――――――― 15 轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算 ―――――――――――――――― 16 4 工業(yè)機(jī)械手的控制部分設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 17 4． 1 回路計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――――――― 17 4． 2 執(zhí)行元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 17 4． 3 控制元件選擇 ――――――――――――――――――――――――――