【正文】 第 27 頁 裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng) 盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。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，空心活塞套桿帶動手腕回轉(zhuǎn)缸和手部一同往復(fù)移動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫 向移動即為手臂的橫移。 動片密封圈 4把 氣腔分隔成兩個 .當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時，推動輸出軸作逆時 4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b孔排出。 1e —— 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm), ? —— 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)。 s2 )。 目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機(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)沿氣流流動方向截面收縮到最小處 X時（ 即臨界面積 )，流速達(dá)到 臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進(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)械手在運動過程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動的影響，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)械手最大移動速度設(shè)計為 ，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 1200176。 機(jī)械手的控制方案設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個自由度，為了彌補(bǔ)升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機(jī)構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 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)計成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時，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)對機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選 取PLC型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出 PLC程序 。 6. 成本低廉。外泄漏不會像液壓傳動那樣，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，液壓傳動存在以下幾個缺點 : (摩擦損失、泄露損失等 )； 液壓傳動易泄漏，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)行部分的運動平穩(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”，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)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。 、可重構(gòu)化發(fā)展。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。 (2)氣壓傳動機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 (2)通用機(jī)械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動。 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，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)域不可缺少的自動化設(shè)備 . 機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機(jī)械裝置。設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計了手臂伸縮、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 （ 論 文） （ 說 明 書 ） 題 目 ： 氣動通用上下料機(jī)械手的設(shè)計 姓 名： 陳誠 編 號 ： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 2022 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 （ 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 2022 年 2 月 20 日 設(shè)計 （ 論 文） 開 始日期 2022 年 2 月 26 日 設(shè)計 （ 論 文）完成日期 2022 年 5 月 20 日 設(shè)計 （ 論 文） 題 目： 氣動通用上下料機(jī)械手的設(shè)計 A178。設(shè)計了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩 。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(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)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。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，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)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件 受力狀態(tài)簡單。 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。專用機(jī)械 手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大 批量的自動化生產(chǎn) ，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手和“加 口工中心” 附屬 的自動換刀機(jī)械手 。若機(jī)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(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)電力傳動機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運 動的機(jī)械 手，因為不需要中間的轉(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趨勢 : (高速度、高精度、高可靠性、便于操 作和維修 )，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從 91年的 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，約占全球已安裝臺數(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、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。 本課題將設(shè)計出機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設(shè)計。由于本機(jī)械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動方式。而影響機(jī)械手動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傳送裝置為好?！? 240176。同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。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 液壓缸工作時的總阻力， N P 液壓缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計算 : )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 ?? 滿足實際設(shè)計要求。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 。 cm178。 G1 —— 工件的重量 (N)。 回轉(zhuǎn)氣 缸的驅(qū)動力矩計算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(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)計說 明 書 （ 論 文 ）