【文章內容簡介】 開口使管內與管外連通，這樣吸盤內也就有與外界同樣的大氣壓。這個裝置由控制系統(tǒng)控制，當機械手在進行上料與運送過程中，這個裝置一直是關著的，沒有與大氣相連。當接到下料的信號時，這個裝置打開與大氣相連，使物料卸下，其安裝位置如圖所示由于真空泵選型要根據吸盤所達到的真空度，真空泵的價格相對較高，并且考慮到我們設計所需的真空度并不高，利用真空泵不經濟，設計一種的裝置用活塞對密閉容器抽氣達到所需真空度，這種設計經濟，結構簡單，能達到本機械手吸取鋸片的要求。原理圖為： 機械手手臂結構的設計機械手采用圓柱型坐標式結構，其簡圖如圖所示：機械手采用圓柱形坐標式結構，由于機械手手臂長800mm左右，手臂上下移動范圍僅30mm，若整只手臂上下移動如圖c，800mm長的手臂、物料重量，末端執(zhí)行機構的重量都需要驅動部件驅動，勢必增加該運動部件的負擔，圖a上下運動部件（移動副）更增加了回轉副部件的重量，圖a亦不合理。圖b上下移動副設置在手臂末端，其承擔僅物料和末端執(zhí)行機構的重量，結構簡單，方便可行。手臂部分長約800mm，為減輕機械手自身重量，采用直徑60mm，厚5mm的無縫鋼管。手臂末端移動副上下行程僅為30mm，采用行程為30mm的小型氣缸即可。 機械手腰座結構的設計由于機械手采用圓柱型坐標式結構，腰座是機械手第一個回轉關節(jié)，它承載了機械手的全部重量。腰座的設計要求:腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機械手工作穩(wěn)定，腰座要承載機械手全部重量和載荷并傳動轉矩，因此，機械手的基座、軸的設計及軸承的選擇要保證其足夠的強度和剛度。腰座是機械手第一個回轉關節(jié)，腰部的回轉運動選擇相應的驅動裝置，通過傳動系統(tǒng)傳遞轉矩，設計傳動系統(tǒng)的時候盡量減少傳動鏈，減少機械能損耗。腰部結構的設計要便于安裝調整。裝配時要保證各部件間的相互位置精度。腰部的設計詳見裝配圖4 機械手的驅動傳動部分機械手驅動系統(tǒng)可以采用液壓、氣壓、電力驅動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅動用的較少。液壓驅動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉運動。液壓驅動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用46個大氣壓，個別的達到810個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機時產生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構或緩沖機構。電氣驅動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執(zhí)行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。電氣驅動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅動機構和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調整。本機械手設計含有兩個自由度，分別由Z軸上下移動副和腰軸的轉動副組成（1）而由第二章設計的機械手末端執(zhí)行器采用負壓氣吸附式手，吸附手與密封缸相連，對密封缸進行抽氣使密封缸內達到所需真空度，就能使吸附手吸起物料，由上述計算得，驅動密封缸抽氣的驅動力為F=100N。用氣壓驅動輸出力不大在（1040KN）但在此工作過程中足以達到要求，若采用液壓控制，還需設置回收油的油箱和管道，需要經常維護。（2）Z軸上下移動副要帶動機械手的末端執(zhí)行機構（真空吸盤及吸盤架）與物量的總重量及考慮其他摩擦因素的影響，移動副向上拉動重物所需要的力要，取F=80保證物料上升可靠，采用氣缸驅動也足以達到要求，而且與上述驅動密封缸抽氣的驅動裝置采用同一個氣源發(fā)生氣方便簡易，工作介質（空氣）易獲得，用后排入空氣中不會造成污染。（3）腰軸的轉動副，機械手要求要順時針擺動60176。和逆時針擺動60176。，轉動副要克服機械手手臂擺動的轉矩，機械手手臂采用φ60，臂厚5mm的無縫鋼管，末端執(zhí)行器與驅動其上下移動的氣缸再加上物料的重量，再乘安全系數(shù)后 F=100N，如圖所示：機械手手臂平均轉速ω=30176。/s，則加速度考慮其他振動和安全等因素選取回轉副所需克服的轉矩。機械手擺動平均速度ω=30176。/s，擺動范圍為60176。由于前兩個驅動方式都采用了氣動驅動方式，考慮到氣動方式中擺動氣缸能驅動20Nm的轉矩，擺動氣缸亦采用與氣缸相同的氣源發(fā)生器，降低成本，縮小空間。若采用電力控制，電動機高轉速還需用齒輪或鏈輪、絲杠將轉速降低才能與腰軸相連接，帶動腰軸轉動，這樣勢必增加成本，電機與擺動氣缸相比，擺動氣缸占優(yōu)勢，所以機械手的驅動一傳動系統(tǒng)采用氣動控制以鋸片磨床機械手上料氣動系統(tǒng)原理圖為例： 密閉氣缸1的選擇密閉氣缸是通過管路與真空吸盤相連，為使真空吸盤吸起物料的重量，真空吸盤腔內真空度要求達。密閉氣缸的選擇必須考慮到連接管路泄露損失及氣缸抽氣時所需克服的摩擦損失給定一個安全系數(shù)k=。則密閉氣缸所需達到的真空度為即密閉氣缸腔內氣缸為：真空度=腔內絕對壓力—大氣壓力腔內絕對壓力=真空度+大氣壓力=溫度不變時，氣體壓力與比容成反比 即設為大氣壓力，為密封氣缸內初始的氣體量，為密閉氣缸抽氣后所達到的腔內絕對壓力，為抽氣后所達到的體積：三個真空吸盤內腔體積約為3，導管內徑約為5mm，長為900mm左右，導管內腔體積約為18即 ，考慮管路泄露及連接處的密封不良等問題。取50，=80。為使吸盤快速吸取物料，抽氣行程則需取的小些，由公式，氣缸內徑則需取的大些，內徑取40mm 則氣缸行程S取42mm選擇國產氣缸QGBⅡ系列氣缸，安裝方式選擇腳架式選擇型號為QGBⅡ4050MS，查得活塞桿直徑為16mm活塞桿上所需的拉力為 氣缸2的選擇氣缸2是帶動密封氣缸抽氣的驅動氣缸，抽氣時密封氣缸1活塞桿上所需要的拉力為，氣缸2選擇雙向作用氣缸，根據力平衡原理對有桿缸的腔內通入氣體，活塞桿右行，活塞桿產生拉力F，拉力F還需考慮氣缸工作時的總阻力，，d/ 則氣缸2內徑氣缸內徑取32，活塞桿行程取42選擇國產氣缸QGAⅡ系列氣缸，安裝方式選擇腳架式選擇型號為QGAⅡ3263MS，活塞桿直徑為12mm伸縮氣缸3是實現(xiàn)機械手末端執(zhí)行機構上下移動的功能，主要是由氣體對活塞桿腔通入氣體，使活塞帶動重物向上做功，而下降時，主要是靠重物自身重力和氣體通入無桿腔共同作用做功。活塞桿上受到的負載為鋸片真空吸盤與真空吸盤架、管路等的重力，活塞桿向上運動時需要克服負載的重力，還需克服活塞桿自身重力及摩擦力，活塞桿上的拉力約為70N，確定氣缸內徑?；钊蛏线\動時： 其中G：載荷為70NP：:估定活塞桿直徑可取d/D=所以選擇氣缸內徑由于伸縮氣缸的活塞桿移動范圍受機床空間限制，活塞桿的移動量在30mm左右。所以選擇行程時，多加1020mm的行程余量，即氣缸行程為50mm。由于伸縮氣缸要安裝在機械手手臂上，氣缸的活塞起到使重物上升、下降的作用，氣缸只能倒置安裝在角鐵上，角鐵通過焊接與機械手手臂相連。所以氣缸只能采用固定式的后法蘭（MF2）式，倒懸掛安裝在角鐵上。綜上述因素的考慮，需選擇小型的氣型、短行程、氣缸內徑，后法蘭安裝式，與普通氣缸相比薄型氣缸，缸徑選為Ф40mm，行程為50mm 氣缸4的選擇氣缸4是擺動氣缸是實現(xiàn)機械手腰座的左右擺動，從而實現(xiàn)機械手手臂擺動，擺動氣缸4主要是提供轉矩，驅動手臂的擺動。機械手手臂是總長為800mm，除角鐵部分長為760mm，厚為5mm的無縫鋼管，可視為均質細桿，其轉動慣量為。機械手手臂末端的負載由氣缸3的重力和鋸片、真空吸盤、真空吸盤架、管路連接件的重量，手臂末端的轉動慣量可以視為質量為的剛體對軸Z的轉動慣量， 其轉動慣量原理圖為：機械手手臂平均轉速ω=30176。/s，則加速度所以擺動氣缸選型時，選擇QGB1系列葉片擺動氣馬達QGB275 轉矩為33Nm5 基于PLC對機械手控制系統(tǒng)的設計隨著微處理器、計算機的迅速發(fā)展，計算機控制技術已經廣泛應用在工業(yè)控制的各個方面。作為工業(yè)應該的微處理器PLC，與傳統(tǒng)的電氣控制相比，有著無比的優(yōu)越性：①靈活，控制條件的改變，可以和輕松地通過程序而進行實現(xiàn)，在工程改造中可以節(jié)約大量的時間和硬件成本；②可靠性非常高，抗干擾能力強，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中繼和時繼，由于觸點接觸不良而容易引發(fā)事故，PLC用軟觸點代替了硬觸點，完全消除了由于中間觸點所引發(fā)的事故；③接線簡單，由于PLC的中間控制環(huán)節(jié)完全有軟件實現(xiàn)，接線工作主要是輸入和輸出部分；④體積大大減小，PLC省出了大量的控制繼電器，因此許多控制柜的體積由于使用PLC而使體積比原來小很多。為使鋸片磨床機械手實現(xiàn)柔性化制造，采用兩塊可編程控制器分別控制上料機械手和下料機械手。其流程圖為：上料機械手限位開關的設置如圖所示： 上料機械手：輸入繼電器有XXXXXX6 (X26為下降脈沖輸入) 輸出繼電器YYYY4下料機械手：輸入繼電器有XXXXX10（X12加工完成信號脈沖輸入）輸出繼電器YYYY8。本機械手為氣動機械手，采用PLC控制，選用 三菱可編程控制器 產品： 8點輸入，8點輸出。 6 設計體會通過這次畢業(yè)設計使我加深了對過去所學知識的理解，真正懂得了如何把松散的知識有機的結合起來，并靈活運用，并且在老師和同學的幫助下讓我懂得了如何去面對設計方案，如何下手，應該從哪些方面去考慮問題。懂得考慮問題時應該由淺入深，從簡到易。在分析問題時應該先抓住重點，然后再考慮其他細節(jié)。知道什么是主要的，什么是次要的。當我做機械手的設計時，首先考慮自動控制,在考慮自動控制時又先考慮的是機械手要完成哪些動作，應該如何實現(xiàn)。從而經過仔細思考確定設計方案。 遇到問題時，千萬不能慌，應當保持大腦清醒，不急不躁，通過查找資料逐一解決問題。做畢業(yè)設計時很重要的一點就是要學會自己查找資料。通過經常翻翻參考書籍，有目的的選擇自己想要的東西，拓寬一下自己的思路，找到解決問題的方法，使自己在做設計的時候有更多的選擇?？傊?，通過這次畢業(yè)設計使我受益非淺。我感謝學校給我這次鍛煉機會，使我在踏上社會，工作崗位之前又給了我一次很好的磨練。再次感謝所有支持和幫助過我的領導、老師、同學們。參考文獻[1] [J].北京：化學工業(yè)出版社，[2][S].北京：化學工業(yè)出版社，[3]劉延俊，關浩，[J].高等教育出版社,[4][S].北京：機械工業(yè)出版社，1992[5]吳宗澤， [S].北京：高等教育出版社，2006[6]【日】日本機器人學會，《編新編機器人技術手冊》宗光華、程君實譯，科學出版社 2007[7] 徐元昌主編，《工業(yè)機器人》中國輕工業(yè)出版社 [8] 高安邦主編，《新編機床電氣與PLC控制技術》[9] 費仁元主編，《機器人機械設計和分析》 北京工業(yè)大學出版社 [10]機械設計手冊編委會、機械設計手冊