【導(dǎo)讀】的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的。地方外，畢業(yè)論文（設(shè)計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得遼東學(xué)院或其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的分支，其特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)。任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和機器的適應(yīng)性。機械手的氣動技術(shù)與繼電器控制。成品零件在七個工位之間的轉(zhuǎn)換。機械手主要由氣缸驅(qū)動，使手臂進行伸縮、橫移和升。降運動，并分別用液壓緩沖器實現(xiàn)緩沖。本文在對機械手進行總體方案設(shè)計時，確定了。手的手腕和手臂結(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。制器的控制程序。此種方式的機械手可以使不同工位進行同時加工，從而提高了勞動效。KeyWords：Manipulator；Multi-station；Pneumatic；ElectricalControl

　　

【正文】 指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大， 其優(yōu)點是 當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 2．設(shè)計時需注意的問題 (1)具有足夠的夾緊力 在確定手 指的夾緊力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 (2)手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或 脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 (3)保證工件準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。 (4)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，所以 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 。 (5)考慮 被抓取對象的要求 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 21 根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計成 V型，其結(jié)構(gòu)如 圖 。 圖 機械手手部結(jié)構(gòu)圖 （二）手部夾緊氣缸的設(shè)計 1． 手部驅(qū)動力計算 設(shè)工件重量 M=5kg， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f ， 50? ?? 根據(jù)手部結(jié)構(gòu) 的傳動示意圖，其驅(qū)動力為 : RbNp 2? 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式 : )( ?? ???? gMN )5060(? ????? 所以 RbNp 2? N245? 實際驅(qū)動力 : 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 22 ? 21KKpp ?實際 因為 傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時，則 ： 412 ??? gaK Np ???? 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 N1563 。 2． 氣缸 直徑 的計算 本氣缸屬于單向作用氣缸。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 : 212i 4 FFPDF ??? ? 式中 : iF 活塞桿上的推力， N 1F 彈簧反作用力， N 2F 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 ?? 41318f GdG Dn? 式中 : fG 彈簧剛度， /Nm i 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， m n 彈簧有效圈數(shù) ， 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 23 G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計中，必須考慮負載率 ? 的影響，則 : 12i 4 FpDF ?? ?? 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 4 9 3 413 3 31 7 9 . 4 1 0 ( 3 . 5 1 0 ) 3 6 7 7 . 4 68 8 ( 3 0 1 0 ) 1 5f GdGNDn??? ? ?? ? ?? ? ? )i(i sGF f ?? 0 773? ???? 所以 : 1 64( ) 4 ( 49 0 22 0. 6) . 5 10iFFD m mpm??? ??? ? ??? 查有關(guān)手冊整圓，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 整圓后，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 ?? 滿足實際設(shè)計要求。 3． 缸筒壁厚的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空 氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : ][2/f ?? DP? 式中 : 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 24 ? 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑 ， mm fP 實驗壓力 ， 取 PaPf ? 材料為 :ZL3， [? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/f ?? DP? )1032/(1066565? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : mmD ???? 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 25 四 、手臂伸縮、升降、 橫移的尺寸設(shè)計與校核 （一）手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核 1． 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 帶動 手臂伸縮 、升降、橫移所采用的 氣缸 均為 CTA系列 標準氣缸，結(jié)合本設(shè)計的實際要求 尺寸系列初選內(nèi) 徑為 φ 63， 外徑為 φ 100，半徑 R=，設(shè)計使用壓強為 。 CTA系列氣缸具體結(jié)構(gòu) 見圖 。 圖 氣缸結(jié)構(gòu)圖 2． 手臂伸縮氣缸的尺寸校核 在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=求即可 ,設(shè)計使用壓強 MPaP ? 。 則驅(qū)動力： 2RPF ?? N12 46 03 26? ???? 測定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計加速度 2s/10ma? ，則慣性力 maF?1 N5001050? ?? 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 26 1kFF ?摩 N100 ? ?? 總受力 摩總 FFF ?? 1 N600 100500? ?? FF ?總 所以標準 CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求要求 。 （ 二 ）手臂 升 降 氣缸的尺寸設(shè)計與校核 1． 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計 氣缸運行長度設(shè)計為 l =118mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =110mm,半徑 R=55mm,氣缸運行 加速度時間 t? =,壓強 p= 2． 手臂升降氣缸的尺寸校核 驅(qū)動力： 20 RpG ?? 26 0 5 ???? N3799? 測定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力： mgG? N8001080? ?? 設(shè)計加速度 2/5 sma? ，則慣性力 maG?1 N400580? ?? 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定 摩擦系數(shù) ?k ， 1kGG ?摩 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 27 N40 ? ?? 總受力 摩GGGG q ??? 1 N1240 40400800? ??? 0GGq? 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求 。 （ 三 ） 橫移 氣缸的尺寸設(shè)計與校核 1． 橫移 氣缸的尺寸設(shè)計 氣缸運行長度設(shè)計為 l =120mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =210mm,半徑 R=105mm,軸徑 2D =40mm，半徑 r=20mm， 氣缸運行角速度 ? =90? /s， 加速度時間 t? =,壓強 p=,則 力矩： 22()2pb R rM ?? 6 2 20 . 4 1 0 0 . 1 2 ( 0 . 1 0 5 0 . 0 2 0 )2? ? ?? 255NM?? 2． 橫移 氣缸的尺寸校核 測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量 1m =120kg，分 析部件的質(zhì)量分布與密度，得質(zhì)量密度等效分布在一個半徑 r=200mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： 212mrJ? 2120 ?? m?? = = 10 8tJM N M?? ??慣 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 28 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) k= =kMM?摩 慣 = 108? = M? 總驅(qū)動力矩： =M M M?總 慣 摩 =108+ = M? 225 即 MM?總 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求。 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 29 五 、機械手的定位與平穩(wěn)性 （一） 常用的定位方式 機械擋塊定位是在行程終點設(shè)置機械擋塊。當機械手經(jīng)減速運行到終點時，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速 ，定位時驅(qū)動壓力未撤除，在這種情況下，機械擋塊定位能達到較高的重復(fù)精度。一般可高于177。 ，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。 （二）影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機械手能否準確地工作，實際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個線量或角量定位誤差的因素如下： 1． 定位方式 不同的定位方式影響因素不同。如機械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。 2． 定位速度 定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使運動部件適時減速。 3． 精度 機械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對定位精度有直接影響。 4． 剛度 機械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。 5． 運動件的重量 運動件的重量包括機械手本身的重量和被抓物的重量。 運動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。因此，設(shè)計時不僅要減小運動部件本 身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。 6． 驅(qū)動源 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 30 液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。 7． 控制系統(tǒng) 開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關(guān)。 本課題所采用的定位精度為機械擋塊定位。 （三）機械手運動的緩沖裝置 緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi) 緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點是安置位置靈活，簡便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。 本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。 當活塞運動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，以使運動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。 在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。 設(shè)計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時 ， amax（ 最大加速度）、 Pmax（緩沖腔最大沖擊壓力）和 Vr（殘余速度）三個參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個參數(shù)，然后校驗其余兩個參數(shù)。步驟如下： 1． 選擇最大加速度 通常， amax 值按機械手類型和結(jié)構(gòu)特點選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機械手， amax取 5m/s2以下，對于輕載高速機械手， amax取 5～ 10 m/s2。 2．計算沿運動方向作用在活塞上的外力 水平運動時： F=PSAFf =103π=138N 3． 計算殘余速度 0m a x0 .1 0 .1 5 /0 .6 41rvv m samF? ? ?? 多工位沖床專用機械手及送料機構(gòu)設(shè)計 31 六 、機械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 （一）機械手的氣壓傳動系統(tǒng) 該機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理如 圖 ，它 的氣源是空氣壓縮機（排氣壓力大于 ）通過快換街頭進入儲氣罐，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，控制氣缸和手部動作 并為 各執(zhí)行機構(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)流阻尼螺釘進行調(diào)速 ， 這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單 ，效果好， 如手臂伸縮氣缸在 附 近氣缸處安裝兩個快速排氣閥， 可加快起動速度 ，也可調(diào)節(jié)全程 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)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降 ，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 [21]。