【正文】 氣缸為標(biāo)準(zhǔn)氣缸，根據(jù)中國(guó)煙 臺(tái)氣動(dòng)元件廠的《產(chǎn)品樣本》可估其質(zhì)量，同時(shí)測(cè)量設(shè)計(jì)的有關(guān)尺寸，得知伸縮部分夾緊物體時(shí)其質(zhì)量為 70kg，放松物件后其質(zhì)量為 :S= 則上料時(shí)： ? ?NF f 3 5 ???? F=Ff + = 3???? =1540（ N） 下料時(shí)： ? ?NF f 2 7 ???? F=Ff + = ???? =935(N) 考慮安全因素，應(yīng)乘以安全系數(shù) K= 則上料時(shí) : F=1540? =1850 (N) 下料時(shí) : F=935? =1120 (N) 根據(jù)雙作用氣缸的計(jì)算 公式 (5。手臂回轉(zhuǎn)角度的大小，通過(guò)調(diào)整兩塊回轉(zhuǎn)定位塊 8 和回轉(zhuǎn)中間定位塊 9 的位置而定。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來(lái)密封，密封性能較好，對(duì)氣缸孔的機(jī)械加工 精度也易于保證。當(dāng)壓縮空氣通過(guò)管路分別進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過(guò)平鍵而帶動(dòng)升降氣缸活 塞軸、定位塊聯(lián)接盤、導(dǎo)向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)柱等同步回轉(zhuǎn)。 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。最大可調(diào)行程為 170mm,緩沖行程根據(jù)抓重和手臂移動(dòng)速度的要求亦可調(diào)整，其范圍為 1530mm, 故上升行程最大值為 200mm。當(dāng) , 兩 面接觸 時(shí)而定位。手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱 、升降缸活塞軸、 升降缸體 , 碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿 、緩沖撞鐵 、定位塊聯(lián)接盤和導(dǎo)向桿 等組成。它應(yīng)根據(jù)手臂的安平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng) 盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 另外活塞套桿做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運(yùn)動(dòng)速度。在雙作用式氣缸的兩個(gè)接氣管口 c, e 出分別 串聯(lián)了快速排氣閥 .手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的行程大小，通過(guò)調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊的位置而達(dá)到。在雙作用式氣缸缸體上方裝置著導(dǎo) 向桿，用它防止活塞套桿在做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手部的手指按正確 的方向運(yùn)動(dòng)。雙作用式氣 的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔 c, e 進(jìn)入雙作 用式氣缸的兩腔時(shí)，空心活塞套桿帶動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)缸和手部一同往復(fù)移動(dòng)。在本機(jī)械手中 ， 采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。同時(shí) ， 氣 壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮 (或升降 )運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(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)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝 置。 手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂的伸縮是直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。 b— 動(dòng) 片 寬度 (cm). 上述驅(qū)動(dòng) 矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。 R 缸 體 內(nèi)壁 半徑 (cm)。單葉 J 氣缸的壓力 p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為 : （ 42） 或： 圖 41 回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖 ? ?222 rRb Mp ??? ?2 22 rRpbM ??l lGlGlG 332211 ??平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 式中 : M 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩 (N﹒ cm)。 動(dòng)片密封圈 4把 氣腔分隔成兩個(gè) .當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí) 4 回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b 孔排出。 RA 、 RB —— 軸頸處的 支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù) ? ?? ? 0FmA 得 : RB l+G3 l3 =G2 l2 + G1 l1 ? ? tJJ ?? ?1? ? ???? 2 21JJ2111 egGJJ g ??? ?122 dRdRf BA ?平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 同理，根據(jù) ? ?? ? 0FmB 得 : RA = 式中 : G2 —— 手部的重量 (N) 11 、 l2 、 l3 —— 如圖 41 所示的長(zhǎng)度尺寸 (cm). 、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M4，與選用 的密襯裝置 的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。 e3 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm). 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則 11eG =0 . M M= 式中 : d1 、 d2 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑 (cm)。 ?? —— 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 (弧度 )。 1e —— 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm), ? —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度 (弧度 /s)。 s2 )。 若工件中心 與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1 ,為 : Jg —— 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 下面以手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算 : M 若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過(guò)程 所用的 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 時(shí)間為△ t，則 : M= 若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△ ? ，則 : M= () 式中 : J—— 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。 M偏 —— 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量 (包括工件、手 部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片 )對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng) 軸 線 所 產(chǎn)生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒ cm),. M摩 —— 手 腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm)。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所用的驅(qū)動(dòng)力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必 須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩， 動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn) 動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 . 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算 : M驅(qū) = M慣 + M偏 + M摩 +M封 cm (41) 式中 : M驅(qū) —— 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 (Kg﹒ cm)。 目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。 手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位 精度等許多因素有關(guān)。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。當(dāng)在 C 處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處 A 進(jìn)入后，噴嘴開(kāi)始一段由大到小逐漸收縮，而 氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處 X 時(shí)（ 即臨界面積 )，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即 PK= 8P,。 圖 32 噴射氣流原理圖 噴射式氣流負(fù)壓吸盤的工作原理如圖 32 所示，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過(guò)噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。 按形成負(fù)壓 (或真空 )的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤。它適用于搬運(yùn)一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更 為明顯。 缸筒直接承受壓縮空液壓力，必須有一定厚度。 本液壓缸屬于單向作用液壓缸。N tg? ?????? 所以 Rbp 2? N )(245 N? (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) ? 21KKpp ?實(shí)際 因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒 輪齒條傳動(dòng)，故取 ?? ，并取 ?K 。 b=120mm， R=24mm,摩擦系數(shù)為 f= 。 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量 使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)力矩最小為佳。 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)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。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。 設(shè)計(jì)機(jī)械手考慮的幾個(gè)問(wèn)題 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造 容易，應(yīng)用廣泛。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指 。 /s (8)手指夾持范圍 棒料 : 80～ 150mm 片料 : 面 積不大于 Z (9)定位方式 行程 開(kāi) 關(guān) 或可調(diào)機(jī)械擋塊等 (10)定位精度 士 (11)緩沖方式 液壓緩沖器 (12)驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳 動(dòng) (13)控制方式 點(diǎn)位程序控制 (采用 PLC) 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁(yè) 第 3 章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu) 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)， 當(dāng)工 件是棒料時(shí)，使用夾持式手部 :當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤?！? 180176。 回轉(zhuǎn)速度 90176。 : (1)抓重 ： 10 公斤 (夾持式手部 ) 5公斤 ( 氣流負(fù)壓式吸盤 ) (2)自由度數(shù) ： 4個(gè)自由度 (3)座標(biāo)型式 ： 圓柱座標(biāo) (4)最大工作半徑 ： 1500mm (5)手臂最大中心高 ： 1380mm (6)手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 600mm 伸縮速度 500mm/s 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 0176。該機(jī)械手的定位精度為土 ～177。手臂升降行程定 為 150mm。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為 600mm,最大工作半徑約為 1500mm，手臂安裝前后可調(diào) 200mm。過(guò)