【正文】 心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。雙作用式氣 的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔 c, e 進(jìn)入雙作 用式氣缸的兩腔時(shí)，空心活塞套桿帶動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)缸和手部一同往復(fù)移動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。 動(dòng)片密封圈 4把 氣腔分隔成兩個(gè) .當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí) 4 回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b 孔排出。 1e —— 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm), ? —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度 (弧度 /s)。 s2 )。 目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)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。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處 A 進(jìn)入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而 氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處 X 時(shí)（ 即臨界面積 )，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即 PK= 8P,。 缸筒直接承受壓縮空液壓力，必須有一定厚度。 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量 使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭 轉(zhuǎn)力矩最小為佳?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造 容易，應(yīng)用廣泛。 回轉(zhuǎn)速度 90176。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為 600mm,最大工作半徑約為 1500mm，手臂安裝前后可調(diào) 200mm。 該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為 ，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 1200176。 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加 一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部 。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選 取PLC 型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出 PLC程序 。 6. 成本低廉。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn) : (摩擦損失、泄露損失等 )； 液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”， 品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 ，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙 控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。 、可重構(gòu)化發(fā)展。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長，維 護(hù)和使用方便。 (2)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 (2)通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有 :單圓柱、雙圓柱、四圓柱和 V 形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。 對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。 手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 21 所示。 機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分 析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 . 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了手臂伸縮、升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） （ 說 明 書 ） 題 目 ： 氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì) 姓 名： 陳誠 編 號(hào) ： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 2021年 5 月 1 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） 任 務(wù) 書 姓名 陳誠 專業(yè) 機(jī)電一體化 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2021 年 2 月 20 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 開 始日期 2021 年 2 月 26 日 設(shè)計(jì) （ 論 文）完成日期 2021 年 5 月 20 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 題 目： 氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì) A178。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩 。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 機(jī)械手的組成和分類 機(jī)械手的組成 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。 平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間 產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件 受力狀態(tài)簡單。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。專用機(jī)械 手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大 批量的自動(dòng)化生產(chǎn) ，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加 口工中心” 附屬 的自動(dòng)換刀機(jī)械手 。若機(jī)械 手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是 電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。 (4)電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)的機(jī)械 手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國 外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì) : (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 萬美元降至 97年的 65萬美元。 、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。為此，我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器 :介質(zhì)清潔，管道不易堵塞 ，不 存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題 . ，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小 (一般僅為油路的千分之一 )，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。 本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好?！? 240176。同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時(shí)，就成為移動(dòng)型。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。根據(jù)力平衡原理，單向作用液壓缸活塞桿上 的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為 : zt FFPDF ??? 421 ? (31) 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 液壓缸工作時(shí)的總阻力， N P 液壓缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預(yù) 壓縮量， m s 活塞行程 ， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率 ? 的影響，則 : 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用液壓缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 ?fG nDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關(guān)手冊(cè)圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中 ， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。因此，在最簡單的情況下，低流速 (高壓強(qiáng) )截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積，而高流速 (低壓強(qiáng) )截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性， 因此給手腕設(shè)一繞 x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求 。 cm178。 G1 —— 工件的重量 (N)。 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的二理如圖41 所示，定片 1 與缸體 2 固連，動(dòng)片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的 P 應(yīng)代以工作壓力 P1 與背壓 P2之差 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 第 5 章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、 左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)將其工作過程描述如下 : 手臂主要由雙作用式氣缸、導(dǎo)向桿、定位拉桿和兩個(gè)可