【正文】 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(diǎn)，無論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過 它 來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)成本低廉。 不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。 第六章 結(jié)論 36 第 六 章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng) 專用 機(jī)械手，相對(duì)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 。若每次 繪圖 時(shí) 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(jì)（論文） 35 很低 ，即使采用塊 插入 ，也難以做到統(tǒng)一、規(guī)范。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。 系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù) 化繪制 在使用 AutoCAD繪制氣動(dòng) 原理 圖的時(shí)候 .我們經(jīng)常 需要大量 使用泵、 閥等 符號(hào)。 為 簡(jiǎn)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。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(rùn) 排氣口安裝 節(jié)流 阻尼螺釘 來完成。 圖 51機(jī)械手氣壓系統(tǒng)原理圖 序 號(hào) 型 號(hào) 規(guī) 格 名 稱 數(shù) 量 1 QF44 手動(dòng)截止閥 1 2 儲(chǔ)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(jì) 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(diǎn)是 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，效果尚好。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第 五 章 機(jī)械手的電氣控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 圖 61所示為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 氣缸 運(yùn)行 長(zhǎng)度設(shè)計(jì)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(shí)間 t? =,壓強(qiáng) p=,則驅(qū)動(dòng)力 ``20 . RpG ?? 26 ???? )(3799 N? 尺寸校核 1． 測(cè)定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 mgG? )(8001080 N? ?? 2， 設(shè)計(jì)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(jì)（論文） 31 ? )(40 N? ?? ? 總受力 mq GGGG ??? 1 )(1240 40400800 N? ??? 0GGq ? 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求 。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場(chǎng)合。 第四章 手臂伸縮、升降、橫移的尺寸設(shè)計(jì)與校核 30 活塞式平衡系統(tǒng)有液壓和氣動(dòng)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(dòng)平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大。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)。 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(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。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(jì)算 : ][2/ ?? pDP? 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑 ， mm pP 實(shí)驗(yàn)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(jì)與校核 28 第 四 章 手臂 伸縮，升降， 橫移 的尺寸 設(shè)計(jì) 與 校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) 手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)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(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)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(qǐng)參看煙臺(tái)氣動(dòng)元件 。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(shí)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(shí)的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計(jì)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(jì) 26 G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計(jì)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(cè)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(shí)際設(shè)計(jì)要求。若被抓取工件的最大加四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 速度取 ga 3? 時(shí)，則 : 412 ??? gaK 所以 )(1563 Np ????實(shí)際 所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為 N1563 。 (五 )考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成 V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 32所示， 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 圖 31 沖床專用機(jī)械手手部手部機(jī)構(gòu) 其工件重量 G=5公斤， 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(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計(jì)算公式 : )( ?? ?? tgN )(25 )42560(39。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。 圖 31 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和 外夾式兩種 :按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。 驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng) 控制方式 繼電器程 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所組成。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途 : 用于自動(dòng) 加工 的上下料。該機(jī)械手的定位精度為 177。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的 參數(shù)： 伸縮行程定為 100mm,橫移行程 為 150mm， 手臂升降行程定為 30mm。過大的 運(yùn)動(dòng)行程 ，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程 、橫移行程 和 升降 。 平均移動(dòng)速度為 sm/ 。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。 第二章 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 20 機(jī)械手的主要參數(shù) ，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，因此考慮抓取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為 3公斤 。 液壓緩沖器就是一種從外部控制的能量吸收裝骶 。緩沖的程度不同，可用減緩的百分?jǐn)?shù)來表達(dá)。凡是使某種事物的變化過程減慢或減弱進(jìn)行都可以叫緩沖。 機(jī)械手的 緩沖 方案設(shè)計(jì) 緩沖的字面意思是減緩沖擊力。常用的限位機(jī) 構(gòu)是由電磁閥控制的氣缸帶動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)鎖定。根據(jù)要求和條件，如果選用無接觸感應(yīng)式氣缸，其限位開關(guān)是無接觸接近開關(guān)，這種開關(guān)的反映時(shí)間小于 20ms，在機(jī)械手中應(yīng)用比較理想。為增加定位點(diǎn)數(shù)，除采用多位置氣缸外可采用制動(dòng)的方法還有：反壓制動(dòng)，制動(dòng)裝置制動(dòng)。對(duì)于小流量的電磁氣閥，吸合關(guān)閉時(shí)間較小，停點(diǎn)的步長(zhǎng)也要相應(yīng)縮短。 氣動(dòng)機(jī)械手的定位問題很大程度上是如何實(shí)現(xiàn)停點(diǎn)的制動(dòng)。無接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動(dòng)系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過磁感應(yīng)，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關(guān)動(dòng)作發(fā)訊，進(jìn)行位置檢測(cè)。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析進(jìn)行計(jì)算。為實(shí)現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點(diǎn)位置緩沖的氣缸。直線氣缸分單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩類。 氣動(dòng)閥的種類很多，在工業(yè)機(jī)械手的氣動(dòng)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨(dú)的氣源，氣動(dòng)三聯(lián)件是必備的。如果沒有壓縮空氣站的條件，可以按機(jī)械手及配套的其他氣動(dòng)設(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備。 由總壓縮 空氣站提供。在易燃、易爆的場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置。 5mm。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實(shí)現(xiàn)兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機(jī)械手中的。 氣動(dòng)機(jī)械手采用壓縮空氣為動(dòng)力源，一般從工廠的壓縮空氣站引到機(jī)械手作業(yè)位置，也可以單獨(dú)建立小型氣源系統(tǒng)。 由于空氣流動(dòng)損失小， 壓縮空氣 可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。 全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力。對(duì)沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)。電器元件的有效動(dòng)作次數(shù)約為百萬次，而 SMC的一般 電磁閥 的壽命大于 3000 萬次，小型閥超過 2 億次。 氣缸 的動(dòng)作速度一般為 50~500mm/s，比液壓和電氣方式的動(dòng)作速度快。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。壓力等 級(jí)低、故使用安全。重負(fù)荷的任意點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊及搬運(yùn)機(jī)械手選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。只有采用液壓或電動(dòng)伺服系統(tǒng)才能滿足要求。沖壓機(jī)械手多采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可 靠性后進(jìn)行最終的選擇。但因?yàn)檫@類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)