【正文】 工作壓力 緩沖角 重量32MM 葉片驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)缸 21 / 39 查《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得式中：P—— 氣缸的工作壓力（ ）,本氣缸選為 ——?dú)飧卓偟臋C(jī)械效率，本氣缸估算為 ? D——?dú)飧椎膬?nèi)徑（m） 。 ——?dú)飧椎呢?fù)載力（N） 。本氣缸負(fù)載較小取為 10N1F把以上數(shù)據(jù)代入 得：)(41??PF? 65/)?? =查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)氣壓傳動(dòng)》表 22164 氣缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)為 32mm。 [4] ⑵ 行程的確定由設(shè)計(jì)的工作要求活塞行程取為 320mm。 ⑶ 氣缸型號(hào)的選擇由以上參數(shù)的計(jì)算選費(fèi)斯托公司的 DNG32320PPVA 型氣缸本氣缸活塞安裝有傳感裝置，活塞位置可以被行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸位置的控制。選用的控制安裝附件為 SMB2B。該氣缸的緩沖長(zhǎng)度為 19mm.表 53 氣缸參數(shù)最大許用工作壓力 12bar（ 160....320mm。10bar）?溫度范圍 20℃....+80℃?[mm]6bar 時(shí)推進(jìn)力[N]6bar 時(shí)推進(jìn)力[N]緩沖長(zhǎng)度[mm]連續(xù)尺寸32 482 415 19 81G表 54 氣缸材料型號(hào)DNG 軸承和端蓋、缸筒；鋁；（ ；高質(zhì)合金鋼） ；活塞桿、拉桿：高質(zhì)3205?合金鋼；密封；丁腈連接形式由于本氣缸工作行程較大，且推桿端的垂直負(fù)載較大，使推桿受的彎曲應(yīng)力較大。選用該氣缸的一個(gè)安裝附件，導(dǎo)向單元 FENG32320KF。氣缸直接安裝在該導(dǎo)向單元上。下圖為該導(dǎo)向單元外觀圖 圖 導(dǎo)向單元下圖 為最大工作負(fù)載與導(dǎo)桿投影距離之間的關(guān)系圖23 / 39圖 負(fù)載特性圖由上圖表可查得本設(shè)計(jì)選用的 FENG32 氣缸在最大伸長(zhǎng)距離 320mm 的情況下其最大負(fù)載為 55N。而氣爪連工件的質(zhì)量約為 4kg，擺動(dòng)氣缸質(zhì)量為 。所以導(dǎo)向單元的實(shí)際總負(fù)載 ==。 滿足設(shè)計(jì)要求，該導(dǎo)向單元可用。fGNG5f? ? 氣缸 DNG ? 用于補(bǔ)償徑向和軸向偏差的連軸節(jié) ? 用戶可以根據(jù)需要在這根軸上加打安裝孔圖 導(dǎo)向單元與氣缸連接圖6 機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)置 機(jī)械手控制器的選擇工業(yè)機(jī)械于是一種模仿人手動(dòng)作．井按設(shè)定的程序軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具進(jìn)行操作的機(jī)電一體化自動(dòng)化裝置。工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)是通過(guò)控制氣缸電磁換向閥，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)作的，有采用單片機(jī)控制的，也有采用可編程控制器來(lái)控制的，若采用單片機(jī)控制．由于電磁的工作電壓高于單片機(jī)的+5伏電源．所需驅(qū)動(dòng)電流較大．因而須設(shè)計(jì)功率接口電路．還要進(jìn)行抗干擾及其可靠性的設(shè)計(jì)。而采用PLC控制，則無(wú)需考慮上述問(wèn)題。ＰＬＣ有著極大的靈活性，易于模塊化，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時(shí)，只要對(duì)Ｉ／Ｏ點(diǎn)的接線稍作修改，或Ｉ／Ｏ繼電器重新分配，程序中作簡(jiǎn)單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。機(jī)械手的速度、電機(jī)運(yùn)行所需的脈沖數(shù)都可以根據(jù)給定的要求給予置。用ＰＬＣ控制的機(jī)械手將更具靈活性、可靠性、降低成本，提高效率，有著很好的經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用ＰＬＣ控制。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及對(duì)控制功能的基本要求工業(yè)機(jī)器人具有多個(gè)自由度，每個(gè)自由度一般包括一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來(lái)，組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般可用單片機(jī)，PLC，計(jì)算機(jī)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在作業(yè)中機(jī)器人的工作任務(wù)是要求操作機(jī)的末端執(zhí)行器按點(diǎn)位或軌跡運(yùn)動(dòng)，并保持設(shè)定的姿態(tài)。在運(yùn)動(dòng)中或在規(guī)定的某點(diǎn)位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。 在機(jī)器人的各類作業(yè)中，運(yùn)動(dòng)和控制方式主要有兩種。 1）點(diǎn)位控制方式（PTP控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只在某些規(guī)定的點(diǎn)上進(jìn)行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點(diǎn)處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（包括移動(dòng)的路徑和運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實(shí)現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點(diǎn)保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP控制） 這種控制方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以完成作業(yè)要求，這種必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，可看成是若干密集軌跡曲線。若設(shè)定的點(diǎn)足夠密，就能用點(diǎn)位控制的方法實(shí)現(xiàn)所需精度的連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手用于棒料的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)搬運(yùn)，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)太大要求。所以選用點(diǎn)位控制方式。25 / 39 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的基本功能：本機(jī)械手要具有回原點(diǎn)、手動(dòng){點(diǎn)動(dòng))和自動(dòng){ 單步、連續(xù)1控制的操作方式。手動(dòng)操作 用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。回原點(diǎn)操作方式 按下回原點(diǎn)啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)返回原點(diǎn)位置。自動(dòng)操作 包括單步操作和連續(xù)運(yùn)行兩種操作方式。操作前提是機(jī)械手須處在原點(diǎn)位置上。1)單步操作 每按一次按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。2)連續(xù)運(yùn)行 系統(tǒng)一旦啟動(dòng)，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。期間若按停止按鈕，要完成一個(gè)完整的動(dòng)作循環(huán)才停止。為方便控制系統(tǒng)適應(yīng)各具體工作情況作小幅，整個(gè)控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以方便指令中的IST狀態(tài)初始化指令來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？傑浖到y(tǒng)包括初始化電路、故障報(bào)警程序、點(diǎn)動(dòng)操作程序、回原點(diǎn)程序及自動(dòng)操作程序五大模塊構(gòu)成，分別解決單個(gè)問(wèn)題．然后再進(jìn)行綜合。各結(jié)構(gòu)模塊如下：`[END] 機(jī)械手系統(tǒng)模塊本設(shè)計(jì)機(jī)械手完成的動(dòng)作是一個(gè)固定的循環(huán)動(dòng)作，其 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖及動(dòng)作順序初始電路障礙報(bào)警程序點(diǎn)動(dòng)操作程序回原點(diǎn)程序自動(dòng)操作程序初始位置 手臂下降 夾緊 手臂上升 底座旋轉(zhuǎn)手臂伸長(zhǎng)手臂下降松開(kāi)手臂上升手臂收縮底座旋轉(zhuǎn)本機(jī)械手中驅(qū)動(dòng)部分由電機(jī)與氣動(dòng)兩部分組成，其中電機(jī)部分由PLC直接控制。而氣動(dòng)部分則由PLC 控制電磁筏來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。下圖 ： 氣動(dòng)原理表61 氣動(dòng)系統(tǒng)工作順序 電磁鐵動(dòng)作1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA氣爪夾緊 + 氣爪松開(kāi) + 手臂伸出 + 手臂收縮 + 翻轉(zhuǎn)工件 + 轉(zhuǎn)正氣爪 +為了使機(jī)械手在作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行及運(yùn)行的安全可靠，擺動(dòng)氣缸，手臂升降都選用限位開(kāi)關(guān)控制，以給相應(yīng)的電磁闌傳遞通、斷信息。而氣爪，伸縮氣缸則運(yùn)用其內(nèi)部的位置傳感器作為位置的控制。將其傳感器的信息傳遞給PLC，以實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)其位置的控制。而底座旋轉(zhuǎn)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)底座位置傳感器，從而將位置信息傳給PLC實(shí)現(xiàn)控27 / 39制。 7 手臂驗(yàn)算與機(jī)械手參數(shù) 手臂平衡的驗(yàn)算手臂工作長(zhǎng)度較大，而且手臂伸縮端安裝有氣爪，氣爪夾緊工件。此處對(duì)絲桿力矩較大。所以應(yīng)該作平衡驗(yàn)算。手臂氣爪端對(duì)絲桿的力矩： )(zgbgGLM??式中： g——手臂工件端對(duì)絲桿的力矩（ ） ；Nm? bG——擺動(dòng)氣缸的重力（N）,本設(shè)計(jì)為 ； g——工件的重力（N）, 本設(shè)計(jì)為 ； z——?dú)庾Φ闹亓Γ∟）, 本設(shè)計(jì)為 ； L——手臂氣爪端對(duì)絲桿的力矩（ m）, 本設(shè)計(jì)為 。把以上數(shù)據(jù)代入 得:)(zgbgGLM??)???手臂端蓋端對(duì)絲桿的力矩： d式中：M d——手臂端蓋端對(duì)絲桿的力矩（ ） ；? Gd——端蓋端的重力（N）,本設(shè)計(jì)為其質(zhì)量為 ,得重力為 ；L1——手臂端蓋對(duì)絲桿的力臂（ m）, 本設(shè)計(jì)為 。把以上數(shù)據(jù)代入 得:1dMLG? ???由此得手臂端蓋端與手臂工件端的合力矩為 gdM?代入得: .9..gd?，由單個(gè)螺栓承受此力矩時(shí)其受的拉力為 Fl=M/L2式中：L 2——螺栓到絲桿的力臂（m） ，本設(shè)計(jì)為 ； M——手臂端蓋端與手臂工件端的合力矩 ，由前計(jì)算得 M=?N?把以上數(shù)據(jù)代入 Fl=M/L2 得:Fl==底座選用的安裝螺栓為 M10 可得其最大工作條件下的應(yīng)力 1/FA?? 式中：A——螺栓的截面面積， ?????代入 得：1/FA?? 547./?????普通的螺栓的抗拉強(qiáng)度都大于 450 ，可見(jiàn)螺栓能滿足要求。aMP機(jī)械手工作能達(dá)到平衡。 機(jī)械手參數(shù)氣爪夾力為 表 71 機(jī)械手的最終運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)：機(jī)械手機(jī)構(gòu) 工作范圍 工作速度底座 轉(zhuǎn)動(dòng)角度 2400 轉(zhuǎn)動(dòng)速度 10/minr伸縮手臂 伸縮距離 300mm 伸縮速度 80mm/s手臂升降 升降距離 320mm 升降速度 35mm/s氣爪擺動(dòng) 擺動(dòng)角度 1800 轉(zhuǎn)動(dòng)速度 30/inr表 72 機(jī)械手工作精度：機(jī)械手機(jī)構(gòu) 工作精度底座 伸縮手臂 手臂升降 氣爪擺動(dòng) 通過(guò)擋塊定位29 / 398 結(jié)論與展望 結(jié)論 到此近 90 天的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我大學(xué)階段的學(xué)習(xí)也將畫(huà)上句號(hào)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，牢固了自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，提高了獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也真正初步了解一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書(shū)館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。這對(duì)我以后的工作有很大的幫助。 不足之處及未來(lái)展望 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題。從中使我認(rèn)識(shí)到自己在很多地方的不足。有很多東西還要慢慢學(xué)習(xí)。由于本人水平有限以及畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間有限，本設(shè)計(jì)難免有不合理或不太準(zhǔn)確的地方，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 致 謝 在此衷心感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師4年來(lái)給我的教育和培養(yǎng)，特別要感謝XX老師在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予的諸多指導(dǎo)。31 / 39參考文獻(xiàn)[1] [M]. 第 3 ：化學(xué)工業(yè)出版社 .2022[2] 張鐵,][M].廣州: [3] [M] .北京: .[4] [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .2022[5] [M]. 北京: [6] [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .2022[7] 吳克堅(jiān),于曉紅,[M]. 北京: [8] 鄭堤,[M]. 北京: [9] 陸一心,氣壓與氣動(dòng)技術(shù)[M]. 北京：[10] ( 第五版) [M]. 北京：高等教育出版社 .1999.[11] [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .2022.[12] [M] .[13] 馮開(kāi)平，[M]. 廣州: [14] Robert J. 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