【正文】 為“眼睛”，在其“視野”的范圍內(nèi)能“看”。用滾輪或雙足式的行走機(jī)構(gòu)作為“腳”來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。 2 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 機(jī)械手設(shè)計(jì)的總體方案 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人需要通過氣缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的三個(gè)方向上的自由度如：手臂的上下的升降運(yùn)動(dòng)、手臂的前后伸縮運(yùn)動(dòng)、手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及用氣壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)小車按軌道運(yùn)動(dòng)。故該機(jī)械手主參數(shù)定為 10 公斤。 該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為 1200 毫米 /秒，最大 回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 1200/秒。 除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為 600 毫米，最大工作半徑為 1500 毫米，手臂安裝前后可調(diào) 200 毫米。 機(jī)械手臂定位和緩沖采用機(jī)械擋塊和緩沖器定位；定位精度為177。它可以輸出力，驅(qū)動(dòng)工作部分作直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)。 本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)中 ： ① 手臂的升降機(jī)構(gòu)中采用了單作用氣缸中的柱塞式氣缸，壓縮空氣推動(dòng)活塞單方向向上運(yùn)動(dòng)，借助自重下降。剛開始打算采用兩個(gè)直動(dòng)氣缸帶動(dòng)鏈條鏈輪或帶動(dòng)齒條齒輪來獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)設(shè)計(jì)方案的比較得出采用回轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)要緊湊的多，所以還是采用了擺動(dòng)氣缸。空氣控制閥按其作用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類。 ? 方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作發(fā)生變化的氣動(dòng)元件。按動(dòng)作方式可分為：直動(dòng)式和先導(dǎo)式。 手臂前后伸縮氣缸的氣路上，在最接近氣缸處，裝有兩個(gè)快速排氣閥，以加快啟動(dòng)速度和調(diào)節(jié)全行程上的速度，同時(shí)通過調(diào)節(jié)閥又可使其加速度限制在允許的范圍內(nèi)，以減少制動(dòng)時(shí)的慣性沖擊，提高定位精度。掌握了氣動(dòng)基本回路以后，對(duì)分析和設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)都有較大 的幫助。 第三， 由于空氣的粘性很小，在管路中的壓力損失較小。 氣動(dòng)基本回路的 種類： 氣動(dòng)基本回路的種類很多，為了便于設(shè)計(jì)機(jī)械手的氣動(dòng)回路，僅將氣動(dòng)基本回路按方向控制回路和速度控制回路兩方面加以敘述?；y處在位置 II 時(shí)，活塞下腔排氣，彈簧力推動(dòng)活塞下行。這種回路時(shí)雙作用氣缸的最基本的換向回路。在氣缸終端需要保持活塞固定的停止位置時(shí)，也使用這種回路。但當(dāng)外界加在活塞桿上的軸向力不平衡時(shí)，則活塞停止的位置不穩(wěn)定。壓縮空氣經(jīng)閥 2 的 B 口輸往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 142 ② 速度控制回路 2— 4雙活塞桿氣缸任意位置停止回路 2— 3 單活塞桿氣缸任意位置停止回路 2— 5 帶調(diào)壓閥的雙活塞桿氣缸任意位置停止回路 2— 6 延時(shí)控制回路 （一）單作用氣缸的速度控制回路（圖 27） 它由二位三通單電控滑閥 1 和兩個(gè)單向節(jié)流 閥 2 和 3 所組成。 2 31（二）雙作用氣缸單向速度控制回路（圖 28） 該回路是在氣缸的一個(gè)氣路上裝設(shè)單向節(jié)流閥 1。除此之外。 圖 210 所示是帶有排氣節(jié)流閥的速度控制回路。 圖 211 所示使活塞可得到快速運(yùn)動(dòng)的速度控制回路。因此，可根據(jù)需要得到活塞雙向的快速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，氣缸左腔的空氣從閥 2 快速排入大氣，獲得急回運(yùn)動(dòng)。這種回路應(yīng)以阻力最大的那個(gè)氣缸為準(zhǔn)，調(diào)整其它缸的運(yùn)動(dòng)速度以達(dá)到同步的目的。 2— 12 雙作用氣缸速回運(yùn)動(dòng)控制回路 氣油油氣 （三） 緩沖回路 對(duì)可調(diào)行程位置的氣缸（如某些機(jī)械手的氣缸）緩沖問題，可采用緩沖回路來解決。調(diào)節(jié)閥 1 和閥 2 的排氣節(jié)流螺釘，以控制活塞快速行程時(shí)的速度。并在二位五通雙電控滑閥 5 的排氣口上裝設(shè)節(jié)流螺釘。操作缸 1 兩條氣路上的快速排氣閥 2 和 3 為快速行程時(shí)排氣所用。 2— 15 裝設(shè)節(jié)流螺釘?shù)木彌_回路 4153 4235687撞塊停慢速右行快速右行擋塊2擋塊1 在本次設(shè)計(jì)機(jī)械手中我主要用到了其中的氣動(dòng)基本回路為雙作用氣缸換向回路、單作用氣缸的進(jìn)氣調(diào)速回路、雙作用氣缸單向速度控制回路、帶有排氣截流閥的速度控制回路。 Ⅱ、應(yīng)使手臂運(yùn)動(dòng)速度快、慣性小 為了減小慣 性沖擊，一般采取的措施有： ⑴ 手臂架選用鋁合金等輕質(zhì)材料來制造，以減輕手臂運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量。 Ⅲ、手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 為使手臂運(yùn)行輕快、靈活，除手臂本身結(jié)構(gòu)緊湊輕巧外，應(yīng)減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 Ⅴ、輸氣管道的布置應(yīng)合理 機(jī)械手上的各工作氣缸彼此在空間作相對(duì)的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，要求結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊、動(dòng)作靈活，因此對(duì)各個(gè)工作氣缸的輸氣管道布置應(yīng)給予足夠的重視，尤其是接近工作對(duì)象的手腕和手指夾緊缸，在外部用很多的軟管向氣缸輸入壓縮空氣 ，雖然軟管安裝維修較方便，但是他會(huì)影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，并易損傷，而且手臂外形不整齊。 活塞的行程是決定氣缸長(zhǎng)度的主要參數(shù)，形成過長(zhǎng)隊(duì)壓桿的穩(wěn)定性當(dāng)然不好，對(duì)缸筒的 加工業(yè)會(huì)帶來困難。依據(jù)材料力學(xué)的薄壁筒公式，氣缸的壁厚 ?可在下表查出： 材 料 氣 缸 內(nèi) 徑 D (毫米 ) 50 75 100 120 150 200 250 300 氣 缸 壁 厚 ?（毫米） 鑄鐵 HT1533 7 8 10 10 12 12 16 16 鋼 A3,鋼 A5 5 5 6 6 8 8 10 10 鋁合金 ZL3 8?10 8?10 10?12 10?12 12?14 12?14 14?17 14?17 升降氣缸的壁厚 ?：缸徑 ?125 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則 ?為 6毫米。 ?、升降氣缸的參數(shù)及計(jì)算： 升降氣缸由氣動(dòng)上升，靠自重下降，行程 150 毫米，缸徑 ?125 毫米，活塞桿直徑為 30 毫米，升降速度為 500 毫米 /秒，若按氣壓 p=4 公斤 /厘米 2和汽缸效率 ?=計(jì)算。 則其上升時(shí)的驅(qū)動(dòng)推力 P 推 為 P 推 = 公斤2 5 14 2 ??? ?? pD P 拉 = ? ? ?? ??? p4 dD 22 =235 公斤 則輸入空氣流量 Q為 Q=（62104 SD?? + ? ?622 104 SdD??? ） n = (米 3/分 ) Ⅲ、 回轉(zhuǎn)氣缸的參數(shù)及計(jì)算： 經(jīng)過設(shè)計(jì)方案的比較得出的結(jié)論是：采用回轉(zhuǎn)氣缸比用兩個(gè)直動(dòng)氣缸帶動(dòng)齒條齒輪所獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果要緊湊。50 毫米，活塞直徑為 16 毫米， v= 厘米 /秒，工件重量 G=10 公斤，“ v”形手指的角度 2θ =1200， b=50mm,h=36mm, ? =300,摩擦系數(shù) f=。 ψ =tg1f =(6005042’ )≈ 7kg 所以 P=(2b/h) N=(2 50/36) 7= P 實(shí)際 ≥? 21KKP? 式中η 手部的機(jī)械效率，取 ； K1安全系數(shù)，取 ； K2工作情況系數(shù)，可近似按下式估計(jì)， K2=1+a/g,其中 a 為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度， g 為重力加速度（ g=）。 小車的設(shè)計(jì)及計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中，小車作為機(jī)械手的行走裝置，它是采用氣壓馬達(dá) 提供動(dòng)力并帶動(dòng)輪子沿軌道運(yùn)動(dòng)，由于氣馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速比小車運(yùn)動(dòng)快，所以需要配一個(gè)減速裝置，減速裝置可用一個(gè)減速箱加上鏈傳動(dòng)。摩擦力產(chǎn)生的最大功率為： wvFP f 660?? = 馬力 經(jīng)考慮我選擇了 HS50A 型號(hào)的活塞式氣馬達(dá)，額定功率為 3 馬力，工作氣壓為 p=57 公斤 /厘米 2，額定轉(zhuǎn)速為 1050r/min，額定空氣消耗量為 3 米 3/分。其參數(shù)為： 軸承內(nèi)徑： d=60mm 外徑： D=95mm 軸承寬： B=11mm 參考書：《現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P1249 表 聯(lián)軸器的選擇 馬達(dá)和減速箱之間用聯(lián)軸器相連。 壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)，使機(jī)械手開始按程序動(dòng)作。在延時(shí)結(jié)束后，7DT 斷電，使 8DT 通電，手指夾緊工件；并同時(shí)發(fā)出信號(hào)使 4DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的右邊通道經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入手臂前后伸縮氣缸的右側(cè)，使手臂縮回。當(dāng)手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)使 4DT 斷電并發(fā)出電信號(hào)，使 2DT通電進(jìn)行排氣，手臂則靠自重下降。下降運(yùn)動(dòng)是采用油缸端部可調(diào)節(jié)流緩沖，活塞與油缸端蓋相碰而定位。它靠氣泵驅(qū)動(dòng)小車至指定地點(diǎn)，完成工件的搬運(yùn)。剛開始做設(shè)計(jì)的時(shí)候有些無從下手，一時(shí) 掌握不到要領(lǐng)，經(jīng)過一段時(shí)間的摸索終于有了些頭緒，但自己考慮得很簡(jiǎn)單，經(jīng)過幾次與老師的討論后才發(fā)現(xiàn)還有很多沒考慮的地方和不足之處，感覺要搞一個(gè)設(shè)計(jì)還真不是件容易的事。在這里再次感謝呂老師的幫助！ 參 考 文 獻(xiàn) 1 曹承志 .電機(jī)、拖動(dòng)與控制學(xué) .第 3 版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2021 2 王庭樹 .機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué) .第 2版 . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 3 孟繁華 .機(jī)器人應(yīng)用技術(shù) .第 1版 . 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 4 馬香峰 .機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué) .第 1版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . 5 趙錫芳 .機(jī)器人動(dòng)力學(xué) .第 1版 .上海：上海交通大學(xué)出版社， 6 高松海 .遙控機(jī)器人 .第 1 版 .北京：原子能出版社， 1981 7 孫耀明 .微型機(jī)算計(jì)在機(jī)器人技術(shù)中的作用 .第 1 版 .北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， 1987 8 路甬祥 .液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè) .第 2 版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2021 9 陳奎生 .液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng) .第 1 版 .武漢：武漢理工大學(xué)出版社， 10 何存興 .張鐵華 .液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng) .第 3版 .武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998 11 宋學(xué)義 .袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè) .第 1 版 .重慶：重慶大學(xué)出版社， 1997 12 機(jī)械工業(yè)部 .中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本 .第 1 版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995 13 李發(fā)海 .王巖 .電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) .第 1 版 .北京：清華大學(xué)出版社， 1994 14 諸靜 .機(jī)器人與控制技術(shù) .第 1 版 .浙江：浙江大學(xué)出版社， 1991 15 熊有倫 .丁漢 .劉恩滄 .機(jī)器人學(xué) .第 1版 . 機(jī)械工業(yè)出版社， 1993 16 吳廣玉 .姜復(fù)興 .機(jī)器人工程導(dǎo)論 .第 1 版 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1988 17 王承義 .機(jī)械手及其應(yīng)用 .第 1 版 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1981 18 天津大學(xué)編寫組 .工業(yè)機(jī)械 手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .第 1 版 .天津 :天津科學(xué)技術(shù)出版社 ,1979