【正文】 升降缸防滑保護(hù)裝置 （ 3） 執(zhí)行裝置 執(zhí)行元件是以油液為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將油液的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的 能量轉(zhuǎn)換裝置，如直線液壓缸輸出直線往復(fù)式機械能，擺動液壓缸輸出 回轉(zhuǎn)擺動式機械能。 雙葉片式擺動油缸：從進(jìn)油口進(jìn)入的壓縮油作用在一個葉片上，同時通過軸上的油路也作用在另一葉片上帶動軸回轉(zhuǎn)。它包括調(diào)壓閥、溢流閥。 擺動油缸回轉(zhuǎn)運動 擺動油缸分為單葉片式和雙葉片式。選用電磁閥易于實現(xiàn)機械手的自動控制，選中位為 O 型可使定位準(zhǔn)確，如圖所示： 換向回路 （ 2）系統(tǒng)的安全可靠性 為防止液壓缸受系統(tǒng)壓力波動的影響，則需在油路上加減壓閥保證壓力恒定不變。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： F 慣 = gtvG總= s / ?? = F 摩 的計算 F 摩 = 2 FR1f FR1 = FR2 =hGρ總 m mKgNKg ??= N h 所以 F 摩 = 2 FR1 f = 2 = （ 2） 液壓缸在這里選擇 O 型密封， 所以密封摩擦力可以通過近似估算 F 密 = 最后通過以上計算 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時， F=6756N 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時， F=6756 ( 286 2 ) =6184N 軸承的選擇分析 對于升降缸的運動，對于機身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個 問題。 機身升降機構(gòu)的計算 手臂偏重力矩的計算 手臂各部件重心位置圖 （ 1） 零件重量 G 工件 、 G 爪 、 G 腕 、 G 臂 等。 d 為輸出軸 與動片連接處的直徑，設(shè) d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計算： D= 8M 驅(qū) / bp +d2 D=151mm 既設(shè)計液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)表 選擇液壓缸的基本外徑尺寸 180mm(不是最 終尺寸 )，再經(jīng)過配合等條件的考慮。 驅(qū)動機構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進(jìn)油孔，一個排油孔，分別通向回 轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機構(gòu)置于升降缸之上的機身結(jié)構(gòu)。其缺點是回轉(zhuǎn) 運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳 動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計算 F 摩 = G 總 μ 39。 Fb ∴ F 摩 =μ 39。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。 （ 4） 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 （ 5）提高配合精度。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。 本章通 過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) 。 M 慣 = ( J + J 工件 )啟φω22 查取 轉(zhuǎn)動慣量公式有： J=21MR2 =21KgMN/ 190 Nms2 = J 工件 =121 gG(l2+3R2)=121 (12 + 3 ) = N m s2 代入： M 慣 = ( + ) 2 = 55 N m M = M 慣 + M 摩 = M 慣 + M= = m 腕部驅(qū)動力的計算 表 31 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 31 設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mm，外徑根據(jù)表 選擇 121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為 226mm；動片 寬 b=66mm, 輸出軸 r= 如圖所示。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。故腕部也稱作機器人的姿態(tài)機構(gòu)。 吸盤的額定吸重為 900N， 4 900=3600N，故選擇 4 個真空吸盤。其缺點是一次行程有兩種速度。手臂作直線運動的結(jié)構(gòu)，基本上是由驅(qū)動機構(gòu)和導(dǎo)向裝置所組成。 (2)導(dǎo)向裝置，是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩。磁吸式手是利用工件的導(dǎo)磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。手臂升降行程定為 120mm 。平均移動速度為 / s 。 機械手的控制方案設(shè)計 考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械 手進(jìn)行控制。 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 為了使機械手的通用性更強， 把機械手的手部結(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 。 第 三 章 機械手的整體設(shè)計方案 對液壓機械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、 快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特 性。 機座 機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起 支撐和連接的作用。而傳力機構(gòu)則通 過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。下面就各型式機械手作簡單的 分析對比 。 玻璃搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時序進(jìn)行工作。據(jù)猜測，今后機器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和 產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業(yè)占據(jù)著。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。它可以搬運貨物、分揀物品、用以代替人的繁重及單調(diào)勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動 化；并能在高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。 通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟型、實用型、高可靠型玻璃搬運機械手的設(shè)計方案，對其他經(jīng)濟型 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計也有一定的借鑒價值。 本科畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 玻璃搬運機械手系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)院（系）： 工業(yè)工程系 專 業(yè)： 機電 一體化093 班 學(xué)生 姓名： 指導(dǎo) 教師： 答辯 日期： 2021519 摘 要 機械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。最后提出了一種簡單、易于實現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、 噴漆、上下料和搬運。 我國機械手起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，經(jīng)過 30 多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了 3 個階段： 70 年代萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用化期。在未來幾年，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會被廣泛應(yīng)用在機械手工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會使機械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運行成本低。內(nèi)容包括氣動元件的選擇及其工作原理、氣動回路的設(shè)計和氣動原理圖的繪制。 第 2 章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 機械手的基本型式較多，按手臂的坐標(biāo)型式而言，主要有四 種基本型式：直角 坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。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。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移 3 式立柱。 位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與 設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 。相應(yīng)的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增 加手臂擺動機構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計 由于液壓傳動系統(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 機械 手采用液壓傳動方式。 最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 90 / s 。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為 600mm,最大工作半徑約為 1400mm 。它主要由手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)組成。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸 附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。自擠式空氣吸盤的工作原理是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。 手臂的組成： (1)動作元件，如油缸、液壓缸 等是驅(qū)動手臂運動的部件。 手臂的結(jié)構(gòu) 手臂的伸縮和升降運動一般采用直線油（氣）缸驅(qū)動。如做成伸縮式雙活塞桿油缸，既能滿足行程要求，油缸的體積又小。 K2 = 1 + ga = 1 + a 為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的絕對 值（ m/s）； K3 — 方位系數(shù)，根據(jù)吸盤與工件形狀以及吸盤與工件位置不同進(jìn)行選定， 吸盤與工件位置：吸盤垂直放置 工件垂直放置； 根據(jù)經(jīng)驗 K3=4 G— 被抓取工件的重量為 50KG 求得吸力 FN： FN =K1K2K3mg= 4 5 0 =2946N ， 取整為 2950N。其功能是利用自身的活動度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端執(zhí)行器的姿態(tài)。 (3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 （ 3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 φ 啟 = 180 =，等速轉(zhuǎn)動角速度 ω = 。 8bp ( D2 d2 ) = M摩 = FQZfd/2 于是得 FQ =Zfdbp4( D2 d2 ) D—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f= 螺釘?shù)膹姸葪l件為 σ 合421dFQπ≤ [σ ] 或 d1≥πσQF4 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 FQ =Zfdbp4( D2 d2 )= 6??? ??Z ( )= 24627 N 螺釘材料選擇 Q235，則 [σ ] = σs/ n = 240 /= 200MPa （ n = ） 螺釘?shù)闹睆? d≥πσQF4= ?? ??= 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的開槽盤頭螺釘。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。 （ 4） 注意簡化結(jié)構(gòu)。 （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ρ ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮） ，盡 可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。 Fa + μ 39。= = ， G 總 = 1070 N ， L==,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計為 。 機身的設(shè)計計算 機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。本設(shè)計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn) 和升降。具體結(jié)構(gòu)見下圖。 經(jīng)過以上的計算 M 驅(qū) = N m s2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計回轉(zhuǎn)缸的靜片和動片寬 b=60mm，選擇液 壓缸的工作壓強為 8Mpa。 bp ( D2 d 2 ) /8= M 摩 = FQ Zf d/ 2 于是得 FQ = bp ( D2 d 2 )/ 4 Zfd 式中 FQ—— 每個螺釘預(yù)緊力； D—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f= 螺釘?shù)膹姸葪l件為 σ 合4