【文章內(nèi)容簡介】 ，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算；(3) 用PLC對機械手控制的總體設(shè)計；第二章 機械手的設(shè)計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、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。設(shè)計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求。盡量選用定型的標準組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標型式可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關(guān)節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱坐標型式。相應的機械手具有四個自由度，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圖21 機械手的運動示意圖 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)，當工件是棒料時，使用夾持式手部。當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計考慮到機械手的通用性，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)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有四個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。 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)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 機械手的主要參數(shù)，由于是采用氣動方式驅(qū)動，因此考慮抓取的物體不應該太重，查閱相關(guān)機械手的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設(shè)計設(shè)計抓取的工件質(zhì)量為1公斤。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為。平均回轉(zhuǎn)速度為。 機械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途:用于自動輸送線的上下料。二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):抓重1千克 自由度數(shù)4個自由度坐標型式圓柱坐標手臂運動參數(shù)伸縮行程100mm伸縮速度40mm/s升降行程150mm升降速度100mm/s回轉(zhuǎn)范圍回轉(zhuǎn)速度 手腕運動參數(shù)回轉(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度手指夾持范圍棒料: 248。10248。40 定位方式行程開關(guān)定位精度1驅(qū)動方式氣壓傳動1控制方式點位程序控制(采用PLC) 前法蘭式氣缸的簡介 氣缸是使機械裝置進行直線往復運動的氣動執(zhí)行元件。氣缸的類型有很多種，根據(jù)使用的需要進行選擇。前法蘭式氣缸的特點：它是用螺釘緊固，易于安裝，它的缺點是螺釘所承受的軸向力較大！第三章 手臂伸縮、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計與校核根據(jù)實驗設(shè)計要求，手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標準氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為63/63. (1).在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=,設(shè)計使用壓強, 則驅(qū)動力： （2）. 測定手腕質(zhì)量和重物的質(zhì)量之和為7kg,設(shè)計加速度，則慣性力 =107=70（3）.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), =70 =14 總受力 =70+14=84 所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求（2）活塞桿的計算1）按強度條件計算 當活塞桿的長度L較小時（L≤10d），可以只按強度條件計算活塞桿直徑d 式中 氣缸的推力（N）； 活塞桿材料的許用應力(Pa), 材料的抗拉強度（Pa）； 安全系數(shù)，S≥。按縱向彎曲極限力計算 氣缸承受軸向壓力以后，會產(chǎn)生軸向彎曲，當縱向力達到極限力以后，活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。 當長細比 時 當長細比 時 式中 活塞桿計算長度（m） 活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑， 實心桿 空心桿 活塞桿橫截面慣性矩， 實心桿 空心桿 空心活塞桿內(nèi)徑直徑（m）； 活塞桿截面積 實心桿 空心桿 系數(shù)， 材料彈性模量，對鋼取 材料強度實驗值，對鋼取 系數(shù)，對鋼取a=1/5000 平衡裝置 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 尺寸設(shè)計此部分選用單片葉片式擺動氣馬達需設(shè)計其葉片內(nèi)直徑與葉片軸直徑計算公式如下： T=（R178。r178。）bpn/8葉片寬度設(shè)計為b=9mm,氣缸內(nèi)徑為D1=53mm, 軸徑D2=13mm, ,葉片數(shù)n=1,則理論驅(qū)動力矩 ：T=（D1178。D2178。）bpn/8 = 尺寸校核1．測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量m1=2kg,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑r=53mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： =2 =（） =(180/1)= 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), == 總驅(qū)動力矩 =+= TM 設(shè)計尺寸滿足使用要求。第四章 氣動系統(tǒng)設(shè)計4．1 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖圖41為該機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機（）通過快換接頭進入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 圖41 機械手氣壓傳動原理圖各執(zhí)行機構(gòu)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)流阻尼螺釘進行調(diào)速，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可以加快啟動速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器。這樣可以省去電磁閥和切換調(diào)節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的。 第五章 機械手的PLC控制設(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)，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即1. 編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3. 可靠性高于繼電器控制裝置；4. 體積小于繼電器控制裝置；5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；6. 成本可與繼電器控制裝置競爭；7. 輸入可以是交流115V； 8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9. 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC) 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝