【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，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)。同時成本低廉。 不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。 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 。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。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 原理 圖的時候 .我們經(jīng)常 需要大量 使用泵、 閥等 符號。 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。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。 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。 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。 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 。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。 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。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。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 。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。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 。 (五 )考慮被抓取對象的要求 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 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)如附圖所示 手部夾緊氣缸的設(shè)計 手部驅(qū)動力計算 本課題氣動機(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 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。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。對于移動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極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)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。同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。 圖 31 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)簡圖 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作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 驅(qū)動方式 氣壓傳動 控制方式 繼電器程 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 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 加工 的上下料。該機(jī)械手的定位精度為 177。根據(jù)統(tǒng)計和比較，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)動行程 ，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。除了運(yùn)動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程 、橫移行程 和 升降 。 平均移動速度為 sm/ 。而影響機(jī)械手動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)計方案 20 機(jī)械手的主要參數(shù) ，由于是采用氣動方式驅(qū)動，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)計參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設(shè)計設(shè)計抓取的工件質(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 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鎖緊機(jī)構(gòu)（插鎖，滑塊等）將機(jī)械手運(yùn)動機(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)的反映時間小于 20ms，在機(jī)械手中應(yīng)用比較理想。為增加定位點數(shù)，除采用多位置氣缸外可采用制動的方法還有：反壓制動，制動裝置制動。對于小流量的電磁氣閥，吸合關(guān)閉時間較小，停點的步長也要相應(yīng)縮短。 氣動機(jī)械手的定位問題很大程度上是如何實現(xiàn)停點的制動。無接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動系統(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)動作發(fā)訊，進(jìn)行位置檢測。氣缸的內(nèi)徑，行程大小可根據(jù)對機(jī)械手的運(yùn)動分析和動力分析進(jìn)行計算。為實現(xiàn)端部緩沖，要選用雙向端點位置緩沖的氣缸。直線氣缸分單動式和雙動式兩類。 氣動閥的種類很多，在工業(yè)機(jī)械手的氣動驅(qū) 動系統(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的氣源，氣動三聯(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、易爆的場合下可采用氣動邏輯元件組成控制裝置。 5mm。 氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實現(xiàn)兩位式的或有限點位控制的中、小機(jī)械手中的。 氣動機(jī)械手采用壓縮空氣為動力源，一般從工廠的壓縮空氣站引到機(jī)械手作業(yè)位置，也可以單獨建立小型氣源系統(tǒng)。 由于空氣流動損失小， 壓縮空氣 可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。 全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。對沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力?？啥虝r間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動中的高速響應(yīng)。電器元件的有效動作次數(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 的動作速度一般為 50~500mm/s，比液壓和電氣方式的動作速度快。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。壓力等 級低、故使用安全。重負(fù)荷的任意點位控制的點焊及搬運(yùn)機(jī)械手選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。沖壓機(jī)械手多采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(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。但因為這類驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)