【正文】 稱 數(shù) 量 1 QF44 手動截止閥 1 2 儲氣罐 2 3 QSL26S1 分水濾氣器 1 第五章 機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 34 4 QTY20S1 減壓閥 1 5 QTY20S1 油霧器 1 6 YJ1 壓力繼電器 1 7 Q24DH10S1 二位五通電磁滑閥 1 8 Q24D2H10S1 二位五通電磁滑閥 4 9 Q24D3H10S1 二位五通電磁滑閥 1 10 單向節(jié)流閥 2 11 LI25 單向節(jié)流閥 2 12 快速排氣閥 2 13 氣液轉(zhuǎn)換器 1 表 51 氣路元件表 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速 .凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝 節(jié)流阻尼螺釘 進(jìn)行調(diào)速 .這種方法的特點(diǎn)是 結(jié)構(gòu)簡單 ，效果尚好。在下面 的過 載 保護(hù)回路中使用了氣缸、二位四通換向 閥 、順序 閥 、二位三通換向閥等元件。同時成本低廉。 不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。 系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù) 化繪制 在使用 AutoCAD繪制氣動 原理 圖的時候 .我們經(jīng)常 需要大量 使用泵、 閥等 符號。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 第 五 章 機(jī)械手的電氣控制 系統(tǒng)設(shè)計 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 圖 61所示為該機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。一般在機(jī)械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機(jī)構(gòu)。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣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 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， 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) . 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 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 : tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??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(shí)際設(shè)計要求。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 圖 31 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)簡圖 手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和 外夾式兩種 :按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機(jī)械手手臂的 參數(shù)： 伸縮行程定為 100mm,橫移行程 為 150mm， 手臂升降行程定為 30mm。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。凡是使某種事物的變化過程減慢或減弱進(jìn)行都可以叫緩沖。為增加定位點(diǎn)數(shù)，除采用多位置氣缸外可采用制動的方法還有：反壓制動，制動裝置制動。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對機(jī)械手的運(yùn)動分析和動力分析進(jìn)行計算。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨(dú)的氣源，氣動三聯(lián)件是必備的。 5mm。 全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。 氣缸 的動作速度一般為 50~500mm/s，比液壓和電氣方式的動作速度快。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 機(jī)構(gòu)。 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn)。因此，在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了兩個導(dǎo)桿，與活塞桿一起構(gòu)成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了四個導(dǎo)桿，成正四邊形布置，為減小質(zhì)量，各個導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。本設(shè)計按照工件的直徑為 50mm 來設(shè)計。 ，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計方案 14 ，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。一般的機(jī)械手手腕的自由度數(shù)為 2 至 3 個，有的需要更多的自由度，而有的機(jī)械手手腕不需要自由度，僅憑受臂和腰部的運(yùn)動就能實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。通常與彈簧聯(lián)合使用。 關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。 3. 球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是由兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動和一個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，如圖 。由于直線運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)械手有可能達(dá)到很高的位置精度（μ m級）。 (6)機(jī)械手 的控制系統(tǒng)的設(shè)計本機(jī)械手?jǐn)M采用 繼電器 對機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題 將繪出繼電器控制電路圖 。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和加第一章 緒論 10 工精度要求，制造容易，成本較低。 (3)動作迅速，反應(yīng)靈敏。 (2)工作時受 溫度變化影響較大。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 。多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計算機(jī)進(jìn)行控制。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降 (或俯仰 )運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。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。 機(jī)械手的組成和分類 機(jī)械手的組成 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。 二、以改善勞動條件，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合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，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)，使勞動條件得 以改善。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。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。同時，設(shè)計了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，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。3公斤（吸盤吸力為 1 公斤） ； 自由度數(shù) :3 個 ； 座標(biāo)型式 :直角座標(biāo) 手臂運(yùn)動參數(shù)：伸縮行程 :100 毫米 ， 升降行程 :30 毫米 ， 橫移行程 :150 毫米 ； 沖床動作頗率 :12 次 /分 ； 驅(qū)動方式 :氣動 ； 緩沖方式 。 利用繼電器程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的電磁繼電器，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了繼電器程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時序圖，并繪制了繼電器程序控制器的控制程序。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 :可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn) 。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) ,適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) ,針對具體生產(chǎn)工藝 ,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，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)。 手部 即與物件接觸的部 件。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。 (二 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。其主要特點(diǎn)是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單， 成本低。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) 。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 .我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高 。 (4)能源可儲存。雖然氣動技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，對氣動機(jī)械手、氣動機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn) 一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求 。 直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長方體。其工作空間是一個類球形的空間。 下圖為本次機(jī)械手的自由度以及運(yùn)動示意圖。 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計。為了減輕機(jī)械手腕部的重量，腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器采用分離傳動。 考慮到機(jī)械手的 優(yōu)化 ，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè) 有回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可滿足工作的要求。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)械手手臂。在設(shè)計機(jī)械手的手臂時，應(yīng)盡可能利用在四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 機(jī)械手上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來 減小機(jī)械手手臂的不平衡重量，必要時還要設(shè)計平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂殘余的不平衡重量?？紤]到搬運(yùn)工件的重量較大，考慮加工工件的質(zhì)量達(dá) 30KG，屬中型重量，同時考慮到機(jī)械手的動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。手臂的 橫移、升降 運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點(diǎn)。 設(shè)計機(jī)械手時，驅(qū)動系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機(jī)械手的用途、作業(yè)要求、機(jī)械手的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運(yùn)行的功耗、性價比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。 機(jī)械手氣壓驅(qū)動 氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護(hù)簡單。 利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣。 綜上 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 等優(yōu)點(diǎn)，因此本機(jī)械手采用氣壓傳動方式。氣動驅(qū)動系統(tǒng)大體由以下幾部分組成。 多數(shù)情況下使用氣缸（直線氣缸或擺動氣缸）。除了直線氣缸外，機(jī)械手中用得比較多還有有限角擺動氣缸，這種擺動缸多用于手腕機(jī)構(gòu)上。當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動到定位點(diǎn)時，為保證定位精度，需要將運(yùn)動軸鎖緊。 本設(shè)計機(jī)械手 設(shè)計中的緩沖均采用液壓緩沖器 進(jìn)行緩沖。 機(jī)械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。 ?；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。 (四 )具有足夠的強(qiáng)度和剛度 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。 圖 41 氣缸局部示意圖 尺寸校核 ，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R= 尺寸滿足使用要求即可 ,設(shè)計使用壓強(qiáng) MPaP ? , 則驅(qū)動力：