【導(dǎo)讀】、全部設(shè)計圖紙用AutoCAD繪制；、設(shè)計說明書1份。形式，氣動技術(shù)的特點，繼電器控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。同時，設(shè)計了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計了機(jī)械手的手腕結(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。原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。

　　

【正文】 斤， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 : )( ?? ?? tgN )(25 )42560(39。N tg? ?????? 所以 Rbp 2? N )(245 N? (3)實際驅(qū)動力 : ? 21KKpp ?實際 I,因為傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 。若被抓取工件的最大加四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 )(1563 Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 N1563 。 氣缸的直徑 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 : zt FFPDF ??? 421 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 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 ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 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， . n 彈簧有效圈數(shù) . 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率 ? 的影響，則 : tFpDF ?? 421 ?? 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 ?fG nDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ?? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關(guān)手冊圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，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。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 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/ ?? pDP? 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑 ， mm pP 實驗壓力 ， 取 PPp ? , Pa 材料為 :ZL3,[? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? )( )1032/(1066565mm? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : )( mmD ???? 第四章 手臂伸縮、升降、橫移的尺寸設(shè)計與校核 28 第 四 章 手臂 伸縮，升降， 橫移 的尺寸 設(shè)計 與 校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)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 ? 100/63，關(guān)于此氣缸的資料詳情請參看煙臺氣動元件 。 圖 41 氣缸局部示意圖 尺寸校核 ，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R= 尺寸滿足使用要求即可 ,設(shè)計使用壓強(qiáng) MPaP ? , 則驅(qū)動力： 2RPF ??? )(1246 26N? ???? 1， 測定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計加速度 )/(10 sma? ，則慣性力 maF?1 )(5001050 N? ?? 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 ，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , ? )(100 N? ?? ? 總受力 mFFF ?? 10 )(600 100500 N? ?? FF?0 所以標(biāo)準(zhǔn) CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求 要求 。 氣壓驅(qū)動的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因 素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 平衡裝置 通常，機(jī)械手所采用的平衡機(jī)構(gòu)主要有以下幾 種： 這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機(jī)械手手臂的慣量與關(guān)節(jié)軸的載荷。一般在機(jī)械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機(jī)構(gòu)。 彈簧平衡機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應(yīng)用廣泛。 第四章 手臂伸縮、升降、橫移的尺寸設(shè)計與校核 30 活塞式平衡系統(tǒng)有液壓和氣動兩種：液壓平衡系統(tǒng)平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用；氣動平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復(fù)雜，因此造價高，設(shè)計、安裝和調(diào) 試都增加了難度，但是平衡效果好。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。 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(yùn)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。 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計與校核 尺寸設(shè)計 氣缸 運(yùn)行 長度設(shè)計為 l =30mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =110mm,半徑 R=55mm,氣缸運(yùn)行 速度 ，加速度時間 t? =,壓強(qiáng) p=,則驅(qū)動力 ``20 . RpG ?? 26 ???? )(3799 N? 尺寸校核 1． 測定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 mgG? )(8001080 N? ?? 2， 設(shè)計加速度 )/(5 sma? ，則慣性力 maG?1 )(400580 N? ?? 3. 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) ?k ， 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 ? )(40 N? ?? ? 總受力 mq GGGG ??? 1 )(1240 40400800 N? ??? 0GGq ? 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求 。 手臂橫移氣缸的尺寸設(shè)計與校核 尺寸設(shè)計 氣缸運(yùn)行長度設(shè)計為 l =150mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =110mm,半徑 R=55mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時間 t? =,壓強(qiáng) p=,則驅(qū)動力 ``20 . RpG ?? 26 ???? )(3799 N? 尺寸校核 1．測定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 mgG? )(8001080 N? ?? 3， 設(shè)計加速度 )/(5 sma? ，則慣性力 maG?1 )(400580 N? ?? 4. 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) ?k ， 第四章 手臂伸縮、升降、橫移的尺寸設(shè)計與校核 32 ? )(40 N? ?? ? 總受力 mq GGGG ??? 1 )(1240 40400800 N? ??? 0GGq ? 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 第 五 章 機(jī)械手的電氣控制 系統(tǒng)設(shè)計 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖 圖 61所示為該機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。他的氣源是空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于 ）通過快換街頭進(jìn)入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，移控制氣缸和手部動作 。 圖 51機(jī)械手氣壓系統(tǒng)原理圖 序 號 型 號 規(guī) 格 名 稱 數(shù) 量 1 QF44 手動截止閥 1 2 儲氣罐 2 3 QSL26S1 分水濾氣器 1 第五章 機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 34 4 QTY20S1 減壓閥 1 5 QTY20S1 油霧器 1 6 YJ1 壓力繼電器 1 7 Q24DH10S1 二位五通電磁滑閥 1 8 Q24D2H10S1 二位五通電磁滑閥 4 9 Q24D3H10S1 二位五通電磁滑閥 1 10 單向節(jié)流閥 2 11 LI25 單向節(jié)流閥 2 12 快速排氣閥 2 13 氣液轉(zhuǎn)換器 1 表 51 氣路元件表 各執(zhí)行機(jī)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(jìn)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 伸縮氣缸在搜近氣缸處安裝 兩個快速排氣 閥， 可加快起動速度 .也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進(jìn)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)仍采用在電磁潤 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，減少電磁閱的 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竹流悶 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 空氣流最 .與所選用 電磁閥 在壓力狀態(tài)下的公稱使用 流量 相適應(yīng)來確定的。 系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù) 化繪制 在使用 AutoCAD繪制氣動 原理 圖的時候 .我們經(jīng)常 需要大量 使用泵、 閥等 符號。例如 .在本機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)原理 圖 中， 頻繁 使用 了 氣缸、二位五通換向闊等元件。在下面 的過 載 保護(hù)回路中使用了氣缸、二位四通換向 閥 、順序 閥 、二位三通換向閥等元件。作為通用軟件 ， AutoCAD未提供這些符號。若每次 繪圖 時 都重復(fù)繪制 ，非常麻煩， 效率四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 很低 ，即使采用塊 插入 ，也難以做到統(tǒng)一、規(guī)范。因此， 我 們在 AutoCAD菜單攔中添加“氣動符號” 菜單，以油足氣動 原理圖繪制 中對專用符號的需求。 第六章 結(jié)論 36 第 六 章 結(jié)論 本次設(shè)計的是氣動 專用 機(jī)械手，相對于 通用 機(jī)械手， 專用 機(jī)械手的自由度 不 可變，控制程序 不 可調(diào)，因此 只能在專屬的設(shè)備上使用 。 采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。 不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻 力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。同時成本低廉。 通過對氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時間和避免了不必要的重復(fù)勞動，同時做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。 機(jī)械手采用 繼電器程序 控制，具有可靠性高、改變 較方便 等優(yōu)點，無論是進(jìn)行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過 它 來實現(xiàn)。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 致 謝 歷時近三個月的畢業(yè)設(shè)計終于完成，在這這段時間里，我運(yùn)用大學(xué)四年的專業(yè)知識比較成功的完成了本次畢業(yè)設(shè)計，在畢業(yè)設(shè)計中通過方案論證，理論設(shè)