【正文】 m) M驅(qū) ＜ M 即設(shè)計尺寸滿足要求。 則氣缸運動的行程為 l=πD/2=157mm， 氣缸行程符合要求。 1） 在校核尺寸時 ， 只需校核氣缸內(nèi)徑 為 50mm， 半徑 R=25mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可 ， 設(shè)計使用壓強 ? MPa， 則驅(qū)動力： 2F P R??? = 620 .4 1 0 3 .1 4 0 .0 2 5? ? ? =785N 測定手腕質(zhì)量為 10kg， 設(shè)計加速度 10a? （ m/s2）， 則慣性力 1F ma? =10? 10 =100（ N） 2)考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩 擦系數(shù) k= 1mF k F?? =? 100 重 慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 手臂設(shè)計及計算 20 =20(N) ∴ 總受力 01mF F F?? =100+20 =120（ N） 0FF? 所以標(biāo)準(zhǔn) QGAⅡ 氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。 （ 1）伸縮范圍 500mm，最大速度 200mm/s； （ 2）升降行程 40mm。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況 分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。m） （ 3） 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 M摩 ， 對于滾動軸承 f =，對于滑動軸承 f =， d1， d2為手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 ， d1=30mm， d2=20mm， RA， RB為軸頸 處的支承反力，粗略估計 RA=300N， RB=150N, M摩21()2 ABf R d R d?? 0 . 0 1 ( 3 0 0 0 . 0 2 1 5 0 0 . 0 3 )2? ? ? ? =（ N 當(dāng)工作壓力為 1 MPa時輸出力矩為 62 N動片封圈 4把氣腔 分隔成兩個 。 1— 工件 2— 爪 部 3— 手腕 圖 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算 ： M驅(qū) = M +M偏 +M慣 +M封 式中 ： M驅(qū) — 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 (N因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。特別是 在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一 定進行機械手的夾持誤差。 則活塞桿內(nèi)徑為 ： d=12? =6mm， 選取 d=6mm 夾持范圍計算 為了保證 手爪 張開角為 60176。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力 F 一定時， ? 角增大，則握力 FN 也隨之增大，但 ? 角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大， 因此最好 ??? 4030～? 。驅(qū)動桿上的圓柱銷套在滑槽內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動連桿同圓柱銷一起做往復(fù)運動時，即可撥動兩個手指各繞其支點做相對回轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)手指的夾緊與松開動作。本設(shè)計機械手采用夾持式手指 ， 夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移 型。 （ 2）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。本課題采用氣壓傳動。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件 (如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等 )與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等 )相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。夾持式手部由手指 (或 手爪 )和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。能在高溫、高速和粉塵大的環(huán)境中工作、但由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，且因氣源壓力低，只宜輕載下工作。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠、動作頻率高、但結(jié)構(gòu)尺寸較大，動作程序不可變。本工業(yè)機械手的控制定位方式是簡易型的定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜。 1）機械 手爪 重 5kg； 2）自由度 4（即左移 /右移、上升 /下降、夾緊 /放松、左旋 /右旋）； 3）手腕運動參數(shù)： 回轉(zhuǎn)范圍 0～ 180176。 (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(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)圖 飛機清洗機器人 圖 水下 機器人 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 緒論 5 化 ； 器件集成度提高，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。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。智能機械手約為 17億日元，為 1978 年的 6 倍。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作， 適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。 the last two chapters on the manipulator control, PLC programming and debugging were reviewed in this paper. Through the study of the manipulator39。與我一同工作的同志對本設(shè)計（研究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機械手的運動進行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機械手機械方面的設(shè)計工作（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計 并繪制裝配圖 及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計和 程序 調(diào)試。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域 ，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的 重視 。他的結(jié)構(gòu)是 ： 機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu) ， 控制系統(tǒng)是示教型的。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外 工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 1979年日本機械手的產(chǎn)值達 443 億日 元，產(chǎn)量為 14535 臺。 第二代機械手正在加緊研制。 研究工業(yè)機械手的目的和意義 在 現(xiàn)代工業(yè)中，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。近年來，該類機械手在我國發(fā)展速度快，受到了各企業(yè)單位的高度重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用，并取得了一定的效果。 目前國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 ： (1)工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91年的 97年的 65萬美元。 本課題研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機械手的工作原理，熟悉了搬運機械手的運動機理。 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)域材料上設(shè)法減輕機械手的重量，力求選高強度，輕質(zhì)材料，通常用高強度的鋁合金制造。所謂工業(yè)機械手的自由度就是整機手臂和手腕相對于固定坐標(biāo)所具有的獨立運動。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng) ，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。因此，本設(shè)計選用氣壓傳動機械手作為驅(qū)動方式。本課題采用 V形面雙指式手指和滑槽杠桿式傳力機構(gòu)。的旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開關(guān)電氣定位以及相關(guān)繼電器組成的控制系統(tǒng)。 夾取重量為 5Kg。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手 手爪 閉和，在驅(qū)動力作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手 爪 張開。11FF?? 由 ?M (F)=0 得 39。 可近似 按下式估 K2=1+ ab10 ， K3 — 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇 ； G — 被抓取工件所受重力 （ N） 。 ≈ 50mm ?機械手的夾持半徑從 25～ 50mm。cos46176。并且要求嚴(yán)格的密封 。 （ 3） 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M 封 M封 = 21()2 ABf R d R d? 式中 ： d1， d2— 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)； F— 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 f=，對于滑動軸承 f=； RA、 RB — 處的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解， 根據(jù) ΣMA（ F） =0， 得 ； 3 3 2 2 1BR l G l G l G l? ? ? 1 1 2 2 3 3B G l G l G lR l??? 同理，根據(jù) ΣM B(F) =0， 得 ： 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 1 1 2 2 3 3( ) ( ) ( )A G l l G l l G l lR l? ? ? ? ?? 式中 ： G2— 的重量 (N) l， l1， l2， l 3— 如圖 (cm)。 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 1）尺寸設(shè)計 回轉(zhuǎn)缸型號 初 選為 QGB1100， 氣缸 直 徑為 D1=100mm， 中心軸直徑 d1=26mm， 氣 缸長度設(shè)計為 b=100mm， 葉片數(shù)目為 1，擺動角度 180176。m2) 假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長 l=100mm的棒料來說，最大偏心距 e1=50mm，其轉(zhuǎn)動 慣量為 ： 211cJ J me?? 20 .0 0 4 2 5 0 .0 5? ? ? =(kg重 慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 手臂設(shè)計及計算 18 5 手臂設(shè)計及計算 手臂部件是機械手的主要握持部件。 在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能 的輕。 重 慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 手臂設(shè)計及計算 19 手臂在升降過程中，為了減少慣量，在直線氣缸上裝有雙向緩沖裝置。的旋轉(zhuǎn)。m) 考慮軸承、油封之間的摩擦力，設(shè)定一定的摩擦系數(shù) k=， M摩 =k 1 D T61 91 82 0EDCBA1 21 11 09 D T1 0 D T 9 D T1 01 21 11 391 0 D T 8。 則驅(qū)動力 20 2G p R??? 622 0 .4 1 0 3 .1 4 0 .0 2 5? ? ? ? ? =3140（ N） 驅(qū)動力矩0 2DMG?? =3140? =157(N在基座上安裝齒輪齒條旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使手臂達到 0176。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 ； （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離 ； （ 3） 合理布置作用力的位置和方向 ； （ 4） 注意簡化結(jié)構(gòu) ； （ 5） 提高配合精度。m） ∴ M驅(qū) = M慣 +M偏 +M摩 +M封 =+++ =（ Nm) 2）尺寸校核 （ 1)測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量 m1=10kg， 分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效 分布在一個半徑 r=50mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量 ： 212mrJ? 210 ?? =(kg單葉氣缸的壓力 P驅(qū)動力矩 M的關(guān)系為 ： 22()2pb R rM ?? 或222()Mp b R r? ? 式中： M— 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩 P— 回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力 R— 缸體內(nèi)壁半徑 r— 輸出軸半徑 b— 動片寬度 圖 回轉(zhuǎn)氣缸簡圖 上述驅(qū)動力矩和壓力的關(guān)系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。cm)； M封 — 手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片 、 缸徑 、 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(N由于本機械 手抓 取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞 X軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu) ， 應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸 ， 因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。一般夾持誤差不超過 1mm， 分析如下： 工件的平均半徑 ： Rcp= 24090? =65mm， 手指長 l=50mm， 取