【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)由兩個(gè)托盤(pán)，兩個(gè)氣動(dòng)機(jī)械手。其中托盤(pán)采用步進(jìn)電機(jī)帶著其轉(zhuǎn)動(dòng)，其材料選擇為金屬材料，有利于被加工件的放置，機(jī)械手有三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，X平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，Y軸方向，Z軸方向。機(jī)械手會(huì)由底座，氣缸，手部，腕部等組成。 本章小結(jié)由于當(dāng)前的電動(dòng)汽車(chē)德發(fā)展推動(dòng)了我們對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)電芯封口機(jī)自動(dòng)化的研究，經(jīng)過(guò)重重考慮，最終確定了以上方案，由機(jī)械手實(shí)現(xiàn)電芯的自動(dòng)抓取，托盤(pán)實(shí)現(xiàn)了電芯的放置，同時(shí)也為機(jī)械手抓取電芯提供了良好的基礎(chǔ)。3 封口機(jī)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)常見(jiàn)的機(jī)械手根據(jù)它的手臂的運(yùn)動(dòng)方式,再按照它的坐標(biāo)大概可以分4種， (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手；(2) 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手； ( 3) 極坐標(biāo)型機(jī)械手；(4)多關(guān)節(jié)系型機(jī)械手。結(jié)合本課題，我們采用第二種圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精準(zhǔn)。1. 機(jī)械手最大抓重: 30kg2. 被加工工件尺寸： 直徑約8cm3. 自由度數(shù): 3個(gè)自由度4. 機(jī)械手坐標(biāo)型式: 圓柱坐標(biāo)5. 手指開(kāi)合角度： 50176。（最大速度為50度每秒）6. 支座旋轉(zhuǎn)角度: 90176。（最大速度為90度每秒）7. 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：100mm；伸縮速度：100mm/s；升降行程：200mm；升降速度：100mm/s。8. 機(jī)械手定位精度： 9. 驅(qū)動(dòng)方式： 氣壓傳動(dòng)： 點(diǎn)位程序控制(采用PLC)緩沖方式以及定位方式：手臂伸縮：伸出時(shí)由plc控制電路，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定位置時(shí)將會(huì)切斷氣路，這時(shí)候手臂會(huì)有一定的緩沖，縮回時(shí)由plc控制回路使得手臂返回規(guī)定的位置。旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)帶動(dòng)螺桿，由螺桿在傳遞運(yùn)動(dòng)[2]。手臂升降：由氣缸決定伸縮的長(zhǎng)度，在橫向的伸縮將采用二級(jí)氣缸，也就是會(huì)有兩個(gè)氣缸，這樣會(huì)增加手臂運(yùn)行的范圍。也會(huì)增加手臂的承重能力。氣缸也會(huì)由plc控制，保證其運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。 機(jī)械手的工藝流程 機(jī)械手打開(kāi)，位置在A部工步一旋轉(zhuǎn)至B位工步二手臂下降工步三手臂伸出工步四夾緊工件工步五手臂收縮工步六手臂上升工步七旋轉(zhuǎn)至A位工步八手臂下降工步九放松工件工步十手臂上升工步十一 機(jī)械手的工作過(guò)程機(jī)械手1，首先當(dāng)放置著未封口的電芯的托盤(pán)運(yùn)動(dòng)到固定位置時(shí)，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電芯的抓取。抓取完畢將電芯放到工作臺(tái)上。當(dāng)封口機(jī)對(duì)電芯封口完畢后，再由機(jī)械手2進(jìn)行電芯的抓取，將其放置到另一個(gè)托盤(pán)上。 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)本機(jī)械手系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，執(zhí)行系統(tǒng)包括手指、手臂、腕部、臂部、機(jī)身等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)設(shè)備和輔助設(shè)備組成?？刂葡到y(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度根據(jù)機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)方式的不同和不同的組成情況，其坐標(biāo)型式可分成圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、直角坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式這四種。再者機(jī)械手在上下料的過(guò)程中手臂應(yīng)該具有升降、收縮及旋轉(zhuǎn)的功能。所以，采用圓柱坐標(biāo)型式[3]。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)手指部分將采取夾持式的手指，原因是夾持式的手部通用性強(qiáng)，而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便。夾持式手部至少要有兩個(gè)夾鉗，通過(guò)兩個(gè)手指的開(kāi)合來(lái)抓取零件。4 機(jī)械手各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)要求：有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在抓取工件時(shí)，必須保證具有一定的夾緊力，來(lái)確保夾持工件的時(shí)候具有足夠的穩(wěn)定性與可靠性，不讓工件變形，而且也不能夠損壞工件中已加工表面。對(duì)于剛性較差的工件，夾緊力大小應(yīng)該是可以調(diào)節(jié)，同時(shí)還有夾持工件在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生慣性和震動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕手部處于機(jī)械手結(jié)構(gòu)的最前面的一部分，工作時(shí)手部的運(yùn)動(dòng)形式是多元化的，而且手部的結(jié)構(gòu)，體積，質(zhì)量直接能夠影響到整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓取，運(yùn)動(dòng)性能和定位精度等性能。所以，手部的設(shè)計(jì)一定要求它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，質(zhì)量輕便[4]。有足夠的開(kāi)閉范圍夾持類(lèi)機(jī)械手手部的手指都具有閉合和張開(kāi)的功能，在機(jī)械手工作過(guò)程中，機(jī)械手手指開(kāi)閉到最大的位置稱(chēng)為開(kāi)閉范圍。機(jī)械手手指的開(kāi)閉范疇要求和很多因素都有關(guān)系，比如被加工零件的大小和形狀，手指夾持的大小和形狀?？傮w老說(shuō)，在工作環(huán)境允許的情況下，機(jī)械手手指的開(kāi)閉范圍還是設(shè)計(jì)的大一些會(huì)比較好。手指應(yīng)該具備一定的強(qiáng)度、剛度和韌性手指在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到工件的反作用力，同時(shí)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的震動(dòng)與慣性力。于是就要求機(jī)械手手指具有一定的強(qiáng)度和剛度，要不然在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中很有可能會(huì)產(chǎn)生彎曲或是折斷。與此同時(shí)，也應(yīng)該盡量使手指的結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，自身重量輕，確保手指運(yùn)動(dòng)的中心在機(jī)械手手腕的回轉(zhuǎn)軸上[5]。其它要求本機(jī)械手的功能是自動(dòng)上下料，再加上考慮到工件的形狀，大小和重量等方面，因此會(huì)用最常用的外卡式2指鉗爪。 拉緊裝置設(shè)計(jì)：氣缸有很多種類(lèi)型，根據(jù)我們所需要的來(lái)進(jìn)行自主選擇其工件重量G=30kg，(1) 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力為: (41) (2)手指握力的計(jì)算公式: (42)=5tg(60176。5176。42180。)=150(N)所以(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: (43)I,傳力機(jī)構(gòu)是齒輪齒條式的傳動(dòng)，所以=、。 最大加速度取時(shí)，則: (44)所以 (45) 抓取工件時(shí)氣缸需要的驅(qū)動(dòng)力為9378N。 氣缸直徑的選擇從本課題出發(fā)，選擇單向力式作用的氣缸，單向力作用氣缸的活塞桿輸出的推力必須要克服兩個(gè)阻力，彈簧產(chǎn)生的反作用力和活塞桿在工作過(guò)程中所受的阻力，所以其公式為: (46)式中: Ft 彈簧反作用力，NF1 活塞桿上的推力，NP 氣缸工作壓力，PaFZ 氣缸工作時(shí)的總阻力，N彈簧反作用按下式計(jì)算: (47) (48) (49)式中:Gf 彈簧剛度，N/mS 活塞行程，mL 彈簧預(yù)壓縮量，mD1 彈簧的平均直徑，md1 彈簧鋼絲的直徑，mG 彈簧材料的剪切模量，一般取n 還要考慮到負(fù)載率 ,所以: (410)由上可知單向作用氣缸的直徑: (411) 代入各數(shù)值，得 (412) =(N/M) (413)=60103=所以: (414) =(mm)查有關(guān)手冊(cè)，得D=65mm由d/D=,得活塞桿直徑:d=()D=自上則取得活塞桿直徑d=18mm，校核則按 []=120Mpa F1 =750N 能夠滿足實(shí)際設(shè)計(jì)的要求[6]。 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)氣缸的缸筒是直接接觸壓縮空氣的?？諝馐蔷邆湟欢ǖ膲毫?，所以缸筒必須具有一定的厚度。一般氣缸的缸筒壁厚與內(nèi)徑之比1/10，缸筒的壁厚可以按照薄壁筒公式計(jì)算: (415)D氣缸的內(nèi)徑，mm 缸筒的壁厚，mmPp 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該選取的壓力，取Pp=,Pa選取氣缸的材料為:ZL3,[]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: (416) =656105/(23106) =取，則缸筒外徑為:D1=65+2=80(mm) 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部是聯(lián)接機(jī)械手臂部和腕部的重要部件，機(jī)械手腕部的主要運(yùn)動(dòng)是用來(lái)調(diào)節(jié)被夾工件的地方，它的動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小[7]。要求：回轉(zhuǎn)177。90186。角速度W=45186。/s以機(jī)械手承載的最大負(fù)荷計(jì)算：估算一下，工件重30kg，長(zhǎng)度l=650mm。機(jī)械手腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩，根據(jù)下面的公式計(jì)算: (417)公式當(dāng)中: 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩()。 慣性力矩()。 旋轉(zhuǎn)的工件的重量(包括手部、手腕和工件)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩().,。 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與 定片、缸徑、端蓋 等處 密封裝置的 摩擦阻力矩()。以下為機(jī)械手手腕部分析各阻力矩的計(jì)算:機(jī)械手手腕在等加速運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的慣性力矩如果手腕在運(yùn)動(dòng)過(guò)程按照等加速度運(yùn)動(dòng)的形式。手腕在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角加速度為，起動(dòng)中用的總時(shí)間為，則: (418)式中:J機(jī)械手腕部轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()； J1被加工工件對(duì)機(jī)械手腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()；如果被加工零件中心和自身轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: (419)公式中:轉(zhuǎn)動(dòng)慣量():G1工件的重量(N)；e1偏心距(cm)； 角速