【正文】 活塞式氣缸。氣源流經(jīng)圖51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缸，從而推動(dòng)機(jī)械手手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)。并為了達(dá)到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，設(shè)計(jì)盡量輕的零部件。其中SB1——啟動(dòng)按鈕，SQ0——有無物品感應(yīng)開關(guān)，SQ1——下降限位開關(guān)，SQ2——上限位開關(guān)，SQ3—右轉(zhuǎn)限位開關(guān)，SQ4——左轉(zhuǎn)限位開關(guān)，SQ5——收縮限位開關(guān)，SQ6——伸長(zhǎng)限位開關(guān)，SQ7——存放處有無物品感應(yīng)開關(guān)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我明白了原來的知識(shí)太理論化了，面對(duì)單獨(dú)的課題很茫然。對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)及PLC控制有了深刻的了解，我把知識(shí)融會(huì)貫通，同時(shí)也查找了很多資料，在專業(yè)知識(shí)方面有了一定的進(jìn)步。1 可編程序控制器的選擇本系統(tǒng)輸入信號(hào)10個(gè)，輸出信號(hào)8個(gè)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)，類型及控制要求，可以選用FX2N32MR型PC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)， 16個(gè)輸出點(diǎn)，可以滿足控制要求。流經(jīng)圖51所示從左到右第二個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂升降液壓缸的上腔，從而推動(dòng)機(jī)械手做下降運(yùn)動(dòng)。氣源流經(jīng)圖51所示從左到右第一個(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，然后直接流向大臂回轉(zhuǎn)氣缸，從而推動(dòng)機(jī)械手大臂向左旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?！蟊巯陆?00mm。這種結(jié)構(gòu)可以承受軸向載荷，又可以承受徑向載荷。表51 標(biāo)準(zhǔn)氣缸外徑（JB106867）氣缸內(nèi)徑（mm）405063809010011012514015016018020020鋼P(yáng)5060769510812113316814618019421924545鋼50607695108121133168146180194219245表52 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)～ 小于150～小于120～小于100～小于803 汽缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 ，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為2Mpa,所以螺釘間距t小于150mm,根據(jù)初步估算， ,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個(gè)面6個(gè)，兩個(gè)面是12個(gè)）。 （三） 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡?，F(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算：總共15kg。 所以選取厚度。缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，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。 ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在1000～1500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。它的作用是支撐手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。（瓦/厘米゜C）； 填充系數(shù)，可取=； 線圈的允許溫度； 線圈的高度與其寬度之比值（即），對(duì)于盤式直流電磁鐵取=2～4，螺管式直流電磁鐵取=7～8。 磁通經(jīng)過的全長(zhǎng)，它應(yīng)包括吸盤開始吸附工件時(shí)的氣隙；吸盤吸附工件后的密合氣隙 (它由加工精度和表面光潔度而定)，因此，磁通所經(jīng)過的氣隙全長(zhǎng)為 (厘米)。1 確定電磁吸盤的吸力因工作需要 F （） 式中 工件重量（Kg）； 安全系數(shù)，～3，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)取2； 工作情況系數(shù)，若版面有油膜存在則要求吸附力大些；若裝有分料器，則吸附力就可小些。因此電磁吸盤的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)工件表面形狀與尺寸的要求而設(shè)計(jì)。 電磁吸盤只能吸住鐵磁性物質(zhì)如鋼鐵件，其缺點(diǎn)是被吸附的工件留有剩磁，另外吸盤上常會(huì)吸附鐵屑，而妨礙工作。鐵芯l和磁盤3之間用黃銅焊料焊接并構(gòu)成隔磁環(huán)2，既焊為一體又將鐵芯和磁盤分隔，這樣使鐵芯1成為內(nèi)磁極，磁盤3成為外磁極。當(dāng)線圈1通如電流后，在鐵芯2內(nèi)外激起磁場(chǎng)，由線圈出來的磁力經(jīng)過鐵芯，空氣隙和被磁化的銜鐵3而形成閉合回路。其中機(jī)體由上升手臂，旋轉(zhuǎn)手臂，伸縮手臂，執(zhí)行部件等部分組成；傳送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂及抓緊機(jī)構(gòu)所組成；動(dòng)力源由氣壓驅(qū)動(dòng)和電磁吸取兩種形式構(gòu)成；控制裝置主要由自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分組成。 （2）以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故　　在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。采用手臂的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、手臂的夾緊、放松方面?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高?！　”菊n題所做的機(jī)械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個(gè)方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度?！　C(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作?！　〔捎脵C(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的?！　∧壳?，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化得迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴然等等，應(yīng)用非常廣泛。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成了機(jī)械手的設(shè)計(jì)工作，包括自動(dòng)控制系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、手部、腕部、手臂以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 （二） 機(jī)械手的分類　　機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還會(huì)有所改變。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能?！　「匾氖菍C(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)?！　〉乾F(xiàn)在的手部發(fā)展不僅僅只有用模仿人的手指夾物件了，可以用真空吸盤吸住物件，但是這個(gè)方法只能用于不重且有光滑表面的物件?！、?驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。2 升降缸和伸縮缸 在完成升降和伸縮動(dòng)作的過程都是直行的，因此可方便采用直行氣缸完成這兩個(gè)動(dòng)作，對(duì)于氣缸的選擇，在后面分析中再做具體的選擇。電磁吸盤可以根據(jù)工作條件選擇直流點(diǎn)和交流電，這里所設(shè)計(jì)的機(jī)械手工作的條件為工廠，一般使用交流電，為了簡(jiǎn)化設(shè)備，我們就采用交流電作為吸盤的電源。蓋5為隔磁材料用黃銅或鋁板制成，用以壓住線圈11防止工作過程中線圈的活動(dòng)。另外鋼、鐵等鐵磁材料在溫度723℃以上時(shí)磁性將會(huì)消失，故高溫條件下不宜使用電磁式吸盤。故吸力公式應(yīng)乘以2即： （Kg） （）上述公式是在假定磁極端面的磁通均勻分布的條件下得出來的，因此，它適用于氣隙極小時(shí)的吸力計(jì)算，例如銜鐵（工件）在吸合或者接近吸合位置的時(shí)候。在此次設(shè)計(jì)中，為垂直吸附，故取1.故得 2 計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通量 因 （） （） 或 （） 由于漏磁的影響，線圈磁勢(shì)產(chǎn)生磁通（即電磁鐵的磁通）必須大于氣隙中的工作磁通，故用漏磁系數(shù)來表示兩者的關(guān)系，即 式中 漏磁系數(shù)，～3，當(dāng)氣隙大大時(shí)，則取大些，一般可粗略取為2。4 線圈尺寸的計(jì)算 在確定了總安匝數(shù)和選好供電電壓以及線圈的平均直徑后，可計(jì)算線圈尺寸，如圖6所示。當(dāng)初步確定線圈尺寸和匝數(shù)后即可確定電磁鐵的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制電磁吸盤的結(jié)構(gòu)草圖，而后進(jìn)一步驗(yàn)算各參數(shù)，如線圈磁勢(shì)計(jì)算、磁路計(jì)算、電磁吸力計(jì)算、線圈溫升計(jì)算等。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。 2 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。 2 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的氣壓缸。 （）(1)手臂摩擦力的分析與計(jì)算 摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：4 氣壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了氣壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=，=2MPa (1)確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 氣壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如下圖所示 雙作用氣壓缸示意圖當(dāng)氣進(jìn)入無桿腔， （）當(dāng)氣進(jìn)入有桿腔中， （）氣壓缸的有效面積： （）故有 （無桿腔） （） （有桿腔） （） F=，=，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表41（JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)氣壓缸內(nèi)徑系列及機(jī)械的工作范圍冗余設(shè)計(jì)，選擇D=40mm. （2）氣壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到氣壓缸的臂厚在7mm，所以該氣壓缸的外徑為54mm。一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過內(nèi)徑的20倍。 （二）機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。由力的平衡條件有=