【正文】 氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . [17] 田玲。電工學(xué)，北京：高等教育出版社， [10] 李建興 主編。 液壓機(jī)安全技術(shù)條件 .北京 :中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部 ,1985～ 02～08 發(fā)布 [2] 許福玲、陳堯明主編。于是由 12nd c o s 6 9 .4z = = = 2 3 .1 1m3? 取 1z =23，則 2z =u1z =31*23=23. (6)幾何尺寸計(jì)算 （ 1） 計(jì)算齒輪的分度圓直徑 1 1 m 23 Z mm? ? ? ? 32 （ 2）計(jì)算齒輪寬度 1 0. 8 80 .5 64 .4db d m m?? ? ? ? 圓整后取 2 63B mm? 1 65B mm? 圖 為齒輪結(jié)構(gòu)圖，圖 為齒條結(jié)構(gòu)圖，表 為齒輪性能參數(shù)。 齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比主要缺點(diǎn)有： （ 1）制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高； （ 2）不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過(guò)內(nèi)徑的 20 倍。氣缸處密封 的總摩擦阻力可以近似為： ?封。39。 （三）手臂直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線(xiàn)的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 由于本設(shè)計(jì)需要，手部、腕部無(wú)需設(shè)計(jì)，只需設(shè)計(jì)手臂即可。電磁鐵動(dòng)作順序表如下： 21 22 六 機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及參 數(shù)計(jì)算 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。泵 3供油經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第三個(gè)三位四通電磁閥右位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)。整個(gè)周期要完成所有動(dòng)作必須由 3個(gè)氣壓缸協(xié)調(diào)動(dòng)作才能做到 。 3 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖如圖 所示，其中 S2 是自動(dòng)方式的初始狀態(tài)。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實(shí)心的零件做成空心的，以此來(lái)減輕總質(zhì)量。 13 四 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一） 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的概述 應(yīng)用 PLC作為電氣控制，可以簡(jiǎn)化控制線(xiàn)路，降低故障率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手多種動(dòng)作線(xiàn)路。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。 綜合上述，所選吸盤(pán)參數(shù)為： 吸盤(pán)直徑 D=40mm， 吸盤(pán)吸持面積 A=，吸盤(pán)個(gè)數(shù) n=1，真空壓力 P=。 圖 真空吸盤(pán)的安裝位置 9 （二）真空吸盤(pán)的選取 為了確保真空吸盤(pán)能完成給定的任務(wù) ,需考慮一定的安全系數(shù) ,根據(jù)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ,真空吸盤(pán)的安全系數(shù) N一般取 ，因此 ,許用提升重量 = 理論提升 重量 /N=垂直提升力 /N 表 吸盤(pán)直徑、面積、垂直提升力參數(shù)表 吸盤(pán)垂直提升力（ N） 吸盤(pán)直徑 D(mm) 10 13 16 20 25 32 40 50 吸持面積（ cm178。因此 ,特別在各種包裝作業(yè)過(guò)程中 ,利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟(jì)。根據(jù)本組合機(jī)床加工工件的特征，選擇氣吸式（真空吸盤(pán)式）手部結(jié)構(gòu)。 主要技術(shù) 參數(shù)：吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍 0300mm，手臂升降行程范圍 0200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180186。前者需要配置獨(dú)立的真空系統(tǒng)，而后者可以利用一般生產(chǎn)過(guò)程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。 主要技術(shù)參數(shù)：吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍 0300mm，手臂升降行程范圍 0200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180186。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、楔塊杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、內(nèi)撐連桿式、右絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 其它，如車(chē)輛剎車(chē)裝置，車(chē)門(mén)開(kāi)閉裝置，顆粒物質(zhì)的篩選，魚(yú)雷導(dǎo)彈自動(dòng)控制裝置等。雖然氣壓傳動(dòng)技術(shù)方便簡(jiǎn)潔，但是氣壓傳動(dòng)中存在著一些亟待解決的問(wèn)題，如：氣壓系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、氣壓沖擊對(duì)設(shè)備可靠性的影響等等，這些問(wèn)題都是氣壓傳動(dòng)技術(shù)需要研究和解決的。 石油、化工業(yè) 用管道輸送介質(zhì)的自動(dòng)化流程絕大多數(shù)采用氣動(dòng)控制，如石油提煉加工、氣體加工、化肥生產(chǎn)等。 （四）機(jī)械手的組成 工業(yè)的機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。 （五）本課題設(shè)計(jì)的主要 內(nèi)容 本設(shè)計(jì)課題名稱(chēng)為 真空吸盤(pán)式氣動(dòng) 機(jī)械手 的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)， PLC 系統(tǒng)控制。 5 二 真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) （一）真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的主 要技術(shù)參數(shù) 設(shè)計(jì)一套真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)，PLC 系統(tǒng)控制。以下將從兩種特殊位置，即水平和垂直兩個(gè)方向，對(duì)真空吸盤(pán)的受力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析 。 （ 2） 本機(jī)械手是專(zhuān)用自動(dòng)機(jī)械手，選擇智能控制方式中的 PLC程序控制方式，這樣可以使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)更加緊湊和完美。柔而有彈性的吸盤(pán)可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開(kāi)、傳遞等搬運(yùn)功能 ,并確保不損壞其作用之對(duì)象。 在此次設(shè)計(jì)中，工件平放；故從水平方向?qū)φ婵瘴P(pán)的受力分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。 吸盤(pán)直徑雖表示吸盤(pán)的外徑，但利用 真空壓力吸附物體時(shí)，因真空壓會(huì)使橡膠變形，吸附面積也會(huì)隨之縮小。 真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關(guān)。 （四）其他元器件的選用 一個(gè)完整的真空吸附系統(tǒng)還包括真空過(guò)濾器 、 供給閥 、 破壞閥等 ， 真空過(guò)濾器的選擇 ZFB20006 型， 流量是 30L/min， 大于真空發(fā)生器的最大流量 24L/min， 滿(mǎn)足需求， 真空節(jié)流閥選擇 KLA 系列單向節(jié)流 KLAL6，公稱(chēng)通徑是 6mm，有效截流面大于 5mm2,泄露量小于 50cm3/min,單向閥開(kāi)啟壓力為 。選擇輸入點(diǎn)大于 22點(diǎn)，輸出大于 7點(diǎn)的 PLC。 /s；定位方式為定位塊；定位精度為；控制方式為點(diǎn)位式、 PLC控制；驅(qū)動(dòng)方式為氣壓系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)械手要求氣壓系統(tǒng)完成的主要?jiǎng)幼魇牵üぜ椒牛何止ぜ?大臂上升 200mm大臂回轉(zhuǎn) 180176。 大臂回轉(zhuǎn) PLC 指令控制電磁鐵 6DT 通電吸合。 大臂下降 PLC 指令控制電磁鐵 5DT 通電吸合。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備 3個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。 /s。 （ 3） 雙活塞桿氣壓缸結(jié)構(gòu)。下圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置在伸縮缸兩側(cè)。 對(duì)于圓柱面： ? ?uuu ~~439。 缸筒長(zhǎng)度 L 由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要 27 來(lái)確定，即： L=l+B+A+M+C （ ） 式中： l 為活塞的最大工作行程； B 為活塞寬度，一般為 ()D。 齒輪齒條傳動(dòng) 與帶傳動(dòng)相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）傳遞動(dòng)力大、效齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。 6） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖 1018 取彎曲疲勞強(qiáng)度極限， 120. 85 , 0. 90F N F NKK?? 取安全疲勞系數(shù) S= ? ? 111 0 . 8 5 5 0 0= 3 0 3 . 5 7 a1 . 4F N F EF K MPS ?? ? ??? ? ? 222 0 . 9 . 3 8 0= 2 4 4 . 2 8 a1 . 4F N F EF K MPS ?? ? ??? 7） 計(jì)算齒輪、齒條的 ? ?aaFSFYY? 并加以比較 ? ?a 1 a 11 2 . 7 2 4 1 . 5 7 4= = 0 . 0 1 4 1 23 0 3 . 5 7FSFYY? ? ? ?a 2 a 22 2 . 2 4 4 1 . 7 4 8= = 0 . 0 1 6 0 52 4 4 . 2 8FSFYY? ? 齒輪的數(shù)值大。在機(jī)械日益發(fā)展的今天，真空吸盤(pán)設(shè)備將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。機(jī)械原理，北京：高等教育出版社， [7] 王伯平主編。 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M].天津科學(xué)技術(shù)出版社，1980. [1