【正文】 7）手腕正轉(zhuǎn) ↑ ↓ 12）第二次手臂縮回← 11）延時← 10）手爪松開← 9)第二次手臂伸出← 8）回轉(zhuǎn)臺正轉(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 耗氣量計算 查《機械設(shè)計手冊 5》 ，可得計算公式 有桿腔： Q=π(D 2d2)S/(4t) （ 4－ 1） 無桿腔： 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—— 桿單向伸縮時間 1)夾緊缸：已知缸徑 D= 米，行程 s= 米，全行程需時間 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 標號 內(nèi)徑 mm 活塞桿直徑 mm 行程 mm 全行程需要時（ s） 耗氣量 cm3/s 指部 夾緊缸 MDBB5035 50 0 35 腕部 葉片馬達 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 當手臂處于伸長和回縮狀態(tài)時，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 伸縮導向 Ｘ 伸縮導向 －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 伸縮導向 Ｘ /伸縮導向 －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)緊湊簡潔，受力性能良好，定位誤差小。 整個機構(gòu)的位置布置初定大概如下所示： 爪部 +夾緊缸 +手腕轉(zhuǎn)動缸 +伸縮缸 ＋ 升降缸（回轉(zhuǎn)缸） ＋ 回轉(zhuǎn)缸（升降缸） 為了使整個機構(gòu)盡量趨向于輕便簡單，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)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。其作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動作。手指直接與物體接觸，傳力機構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件，其由氣缸實現(xiàn)。 綜合上述四種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點結(jié)合本設(shè)計之工業(yè)機械手的各項規(guī)格要求，應選用氣壓傳動來實現(xiàn)，則其抓重和定位都可達到，且結(jié)構(gòu)可簡單，其傳動平穩(wěn)和動作靈敏性可達到設(shè)計要求。常被用于為工作主機的上，下料。但是由于空氣具有可壓縮的特點，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)境中進行工作。根據(jù)給出的工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定 其余各部件的設(shè)計。 2．本工業(yè)機械手是圓柱坐標的坐標型式，其手臂的運動系由兩個直線運動和兩個回轉(zhuǎn)運動所組成，即沿 X 軸的伸縮，沿 Z 軸的升降和繞 Z 軸的回轉(zhuǎn)。 為了提高機械手的運動速度和控制精度，在保證機械手有足夠強度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機械手的重量，力求選高強度，輕質(zhì)材料，通常用高強度鋁合金制造。 5． 進行對機械手結(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)遙控機器人，智能裝配機器人，機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。但總的看來，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200 臺，約占全球已安 裝臺數(shù)的萬分之四。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。 3．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基 于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度高，控制柜日見小巧，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（或機械擋位）系統(tǒng)組成。 ⑷ 行走機構(gòu) 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作時，可在機座輪，軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。也有的工業(yè)機械手沒有手腕?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應用較廣泛；平移型結(jié)構(gòu)比較復雜，應用較少。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)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 （ 2） 圓柱坐標式 手臂的運動是由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)運動組成。但同時 也使控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)越復雜，定位精度難以保 4 4 證，整機的造價高，自重大。有幾個獨立運動就有幾個自由度。 連續(xù)控制 —— 工業(yè)機械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實現(xiàn)平穩(wěn)準確的運動。但動作固定不可變。 氣壓機械手 —— 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 按驅(qū)動方式可分為：液壓機械手、氣壓機械手、電動機械手和機械式機械手。 ⒉ 分類 工業(yè)機械手的種類很多 按使用范圍可分為：專用機械手、通用機械手。 機械設(shè)計是從使用要求等出發(fā)，對機械的工作原 理，結(jié)構(gòu)，運動形式，力和能量的傳遞方式，以至各個零件的材料和形狀尺寸，以及使用維修等問題進行構(gòu)思，分析和決策的工作過程，這種過程的結(jié)構(gòu)一般要表達成設(shè)計圖紙，說明書以及各種技術(shù)文件。第六章是設(shè)計的總結(jié)。設(shè)計共分為六章，第一章緒論是說明本次畢業(yè)設(shè)計的目的，意義，研究范圍及要達到的技術(shù)要求，簡述本課題在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題。本設(shè)計是根據(jù)三年?？扑鶎W的課程進行的，主要有：機械零件設(shè)計，機械零件圖測繪，液壓與氣動技術(shù)， PLC 電子編程技術(shù)，理論力學，工程力學等。第五章工業(yè)機械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要介紹了 PLC 的程序梯形圖。 關(guān)鍵字：機械手，氣動系統(tǒng)， PLC， 2 2 目 錄 1 緒論 ――――――――――――――――――――――――――――――――――― 3 1． 1 課題設(shè)計的論述 ―――――――――――――――――――――――――――― 3 1． 1． 1 工業(yè)機械手的技術(shù)概述 ―――――――――――――――――――――― 3 1． 1． 2 現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 ――――――――――――――――――――――― 4 1． 2 工業(yè)機械手設(shè)計的 基本步驟 ―――――――――――――――――――――― 5 2 總體設(shè)計 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 6 2． 1 設(shè)計的基本內(nèi)容 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2． 1． 1 總體說明 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6 2． 1． 2 驅(qū)動方式的選擇和設(shè)計 ――――――――――――――――――――――― 6 2． 1． 3 整體機構(gòu)的確定 ―――――――――――――――――――――――― 7 3 工業(yè)機械手的機械部分設(shè)計 – ―――――――――――――――――――――― 8 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù) ――――――――――――――――――――――――― 8 工業(yè)設(shè)計手的參數(shù)計算 ―――――――――――――――――――――――― 8 手部質(zhì)量計算 ――――――――――――――――――――――――――― 8 機械手的爪部夾緊氣缸的選擇 ――――――――――――――――――― 9 腕部傳動氣缸的選擇 ―――――――――――――― ――――――――― 10 伸縮氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――――――――― 11 對伸縮導桿的校核 ――――――――――――――――――――――――― 12 配重計算 ――――――――――――――――――――――――――――― 13 升降部分計算 ――――――――――――――――――――――――――― 14 對升降導桿的核算 ―――――――――――――――――――――――― 15 撓度計算 ――――――――――――――――――――――――――――― 15 轉(zhuǎn)臺型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸的計算 ―――――――――――――――― 16 4 工業(yè)機械手的控制部分設(shè)計 ――――――――――――――――――――――― 17 4． 1 回路計算 ―――――――――――――――――――――――――――――――― 17 4． 2 執(zhí)行元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 17 4． 3 控制元件選擇 ――――――――――――――――――――――――――