【文章內(nèi)容簡介】 )手臂的動(dòng)作要靈活。 (4)位置精度要高。 (5)通用性要強(qiáng)。 3 手臂的結(jié)構(gòu) 手臂的伸縮和升降 運(yùn)動(dòng)一般采用直線油（氣）缸驅(qū)動(dòng)。 手臂作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，基本上是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置所組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。往復(fù)直線油（氣）缸可以分為以下幾種。 雙作用單活塞桿油缸 :液壓機(jī)械手中實(shí)現(xiàn)手臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)用得最多的是雙作用單活塞桿油缸?；钊谟蛪合伦麟p向運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)上可以是油缸體固定、活塞桿運(yùn)動(dòng)；也可以是活塞桿固定，而缸體運(yùn)動(dòng)。 雙作用雙活塞桿油缸：當(dāng)需要很大的行程時(shí)，將油缸做的很長、體積很大，則加工上有困難。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。其 缺點(diǎn)是一次行程有兩種速度。 絲桿螺母機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，但傳動(dòng)效率低。如采用滾珠絲杠，效率可以提高，但因其較長，制造比較困難。 本機(jī)械手的手臂有往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，不需要很大的行程，考慮到結(jié)構(gòu)的簡單性和設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，選用缸體固定活塞桿運(yùn)動(dòng)的雙作用單活塞桿氣缸。 4 導(dǎo)向裝置 機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為防止手臂沿伸縮方向向中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)、加大承載能力，以及提高運(yùn)動(dòng)精度，必須設(shè)有導(dǎo)向裝置。手臂的導(dǎo)向裝置系根據(jù)安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來確定。常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿， 本設(shè)計(jì)中，伸縮運(yùn)動(dòng)中選用雙導(dǎo)向桿。 機(jī)座結(jié)構(gòu)的 選擇 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，是支撐起機(jī)械手全部重量的構(gòu)件。對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。 機(jī)座結(jié)構(gòu)從形式上分為落地式和懸浮式，或分為固定式、可移動(dòng)式和行走式。無論哪一種形式，機(jī)械手工作時(shí)機(jī)座一定予以固定?？梢苿?dòng)式的機(jī)座在停置時(shí)能夠剎車定位，以保證機(jī)械手工作時(shí)的位置精度。根據(jù)本機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求選用落地固定式機(jī)座。 機(jī)座的結(jié)構(gòu)與機(jī)械手的總體布置有關(guān)，對專用機(jī)械手而言，傳動(dòng)和控制部分通常是單獨(dú)布置，故 機(jī)座比較簡單或不設(shè)機(jī)座。對通用機(jī)械手而言，傳動(dòng)部分布置在機(jī)架內(nèi)部或后下方，控制部分則布置在機(jī)座的后上方或單獨(dú)布置一個(gè)控制箱。 物料分揀機(jī)械手手臂需要一個(gè)旋轉(zhuǎn)模塊，擺動(dòng)氣缸就要固定在機(jī)座上。如果水平缸、垂直缸和手部機(jī)構(gòu)直接安裝到擺動(dòng)氣缸的輸出軸上，機(jī)構(gòu)雖然簡單，但 擺動(dòng)氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，并易造成擺動(dòng)氣缸的損壞。同時(shí)，機(jī)械手本身重心偏離立柱軸線以及各氣缸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊都形成作用在擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的傾覆力矩，所以采用一個(gè)連接組件，將機(jī)械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機(jī)架來承擔(dān)。連接組件主要由四 部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉(zhuǎn)臺和扣罩。如圖 所示。選擇雙向推力球軸承而不是單向的，因?yàn)闄C(jī)座與轉(zhuǎn)臺在軸向上無法直接連接。采用雙向推力球軸承就可以方便的將軸承內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺連接，外環(huán)用罩扣固定在底座上。另外，推力球軸承應(yīng)選擇公稱尺寸較大一些的，這樣可以更好的承受傾覆力矩。 底座 擺動(dòng)氣缸 雙向推力球軸承 扣罩 轉(zhuǎn)臺 圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理 物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤等組成。其中機(jī)座采用擺動(dòng)氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，手 臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手的動(dòng)作基本有伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)、吸物和放物等動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)原理如圖 。其動(dòng)作順序?yàn)椋撼跏嘉恢? → A右旋 → B前伸 → C氣缸下降 → D吸物料 → C上升 → B收縮 → A左旋 → C氣缸下降 → D放物料 → C上升 → 回到初始位置。機(jī)械手的動(dòng)作在整個(gè)過程中都是連續(xù)可循環(huán)的。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 根據(jù)前面機(jī)械手各部分的設(shè)計(jì)，可做出機(jī)械手大體結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 所示，大圖見 CAD 圖。 1右旋限位開關(guān) 2 左旋限位開關(guān) 3 回縮限位開關(guān) 4 前伸限位開關(guān) 5 上升限位開關(guān) 6 下降限位開關(guān) A 擺動(dòng)氣缸 B前伸 /回縮氣缸 C上升 /下降氣缸 D 真空吸盤 圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 第 3 章 驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的 分析與選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源 的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機(jī)械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 分析與選擇 液壓驅(qū)動(dòng)，功率重量比大，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。 電氣驅(qū)動(dòng)，控制精度高，驅(qū)動(dòng)力較大，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴，限制了在一些場合的應(yīng)用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、 功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。另一方面，氣動(dòng)技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，全部自動(dòng)化流程中約有 30﹪裝有氣動(dòng)系統(tǒng)，有 90﹪的包裝機(jī)械， 70﹪的鑄造、焊接設(shè)備， 50﹪的自動(dòng)操機(jī)、 40﹪的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、30﹪的采煤機(jī)械， 20﹪的紡織機(jī)械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機(jī)械， 43﹪的工業(yè)機(jī)器人裝有氣壓系統(tǒng)。日、美、德等國的氣動(dòng)元 件銷售平均每年增長超過 1015﹪。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的氣動(dòng)元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展， 氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。 表 給出了各種控制方式的比較： 表 各種控制方式的比較 通過以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計(jì)的要求，而且節(jié)約了成本。 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制 設(shè)計(jì) 根據(jù)物料分揀機(jī)械手的要求，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動(dòng)方式主要有兩種：（ 1）直線運(yùn)動(dòng)（缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)）；（ 2）擺動(dòng)（缸體固 定）。其氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 氣動(dòng)系統(tǒng)包括三個(gè)三位四通電磁換向閥、兩個(gè)二位二通電磁閥、三個(gè)氣缸、一個(gè)吸盤、四個(gè)調(diào)速閥、六個(gè)單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、擺動(dòng)過程中的速度，防止速度過大對物料及機(jī)械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運(yùn)動(dòng)方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動(dòng)作是由二位二通電磁閥控制的。 氣動(dòng)元件選取及工作原理 氣壓驅(qū) 動(dòng)是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝?。典型的氣壓傳?dòng)系統(tǒng)由以下四部分組成： 氣源裝置 氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機(jī)，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設(shè)備。它將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能 轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。氣壓傳動(dòng)對氣源的要求： (1)要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。 (2)要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。 下面對于主要的氣源裝置元件進(jìn)行如下介紹： 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主 要的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。 儲氣罐 儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高 10%， 并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離 空氣中的油、水。 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能。 氣缸輸出直線往復(fù)式 氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸 /回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸， 反之，活塞桿回縮；對于上升 /下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式 擺動(dòng)氣缸分為單葉片式和雙葉片式。 單葉片式擺動(dòng)氣缸：壓縮空氣由進(jìn)氣口輸入，作用在葉片上，帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩，另一腔的空氣從排氣口排出。 雙葉片式擺動(dòng)氣缸：從進(jìn)氣口進(jìn)入的壓縮空氣作用在一個(gè)葉片上，同時(shí)通過軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)。這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍。 本設(shè)計(jì)采用雙葉片式擺動(dòng)氣缸，這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，以利于機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)。 控制元 件 控制元件是用來調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和控制其流動(dòng)方向，使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。氣動(dòng)控制元件按功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動(dòng)元件稱為壓力控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。 調(diào)壓閥是出口側(cè)壓力可調(diào)，并能保持出口側(cè)壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。 溢流閥是在回路中的壓力達(dá)到閥的規(guī)定值時(shí)，使部分氣體從排氣側(cè)排出，以保持回路內(nèi)的壓力在規(guī)定值的閥。 調(diào)速閥是根據(jù) “ 流量負(fù)反饋 ” 原理設(shè)計(jì)而成的單路流量閥。調(diào) 速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。調(diào)速閥根據(jù) “ 串聯(lián)減壓式 ”和 “ 并聯(lián)溢流式 ” ，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動(dòng)方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類。 (1) 單向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，單向閥除單獨(dú)使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。單向調(diào) 速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向 流動(dòng)時(shí)，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。當(dāng)正向流動(dòng)時(shí)，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流。當(dāng)反向流動(dòng)時(shí)，單向閥打開，不節(jié)流。 (2) 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。換向閥是利用閥芯和閥體間相對位置的不同來變換不同管路間的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)接通、切斷，或改變流 體方向的閥。它的用途很廣，種類也很多。 換向閥的性能的主要要求是：（ 1）油液流經(jīng)換向閥時(shí)的壓力損失小；（ 2）互不相通的油口間的泄漏??；（ 3）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊。 按換向閥的操縱方式有：手動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式、電磁式、液動(dòng)式、電液動(dòng)式、氣動(dòng)式。 按工作位置數(shù)和控制的通道數(shù)有：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、二位五通閥、三位四通閥、三位五通閥等。 本設(shè)計(jì)選用三位四通電磁換向閥理由如下： (1) 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動(dòng)閥芯來改變閥的工作位置。由于它操作輕便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此應(yīng)用廣泛。 (2)當(dāng)三位四通電磁換向 閥兩端電磁鐵都斷電時(shí)，閥芯處于中位，各口互不相通。 (3)使用三位四通電磁換向閥能夠快速實(shí)現(xiàn)氣缸的正反向運(yùn)動(dòng)。 輔助元件 輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的?？煞譃闅庠磧艋b置和其他輔助元件兩大類。 氣源凈化裝置 過濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動(dòng)三聯(lián)件。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會(huì)降低氣動(dòng)元件的耐用度和性能，造成誤動(dòng)作和事故，必須清除?？諝馓幚韱卧褪怯脕砬宄龎嚎s空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。 消聲器 消聲器是 降低排氣噪聲的裝置。壓縮空氣完成驅(qū)動(dòng)工作后，由換向閥的排氣 口排入大氣。此時(shí)的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進(jìn)入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為 80dB～ 100dB，為了改善勞動(dòng)條件，應(yīng)使用消聲器。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲