【正文】 1] 張建民 .工業(yè)機器人 .北京 :北京理工大學出版社， 2022 [2] 蔡自興 .機器 人學的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略 .機器人技術， 2022 [3] 金茂青，曲忠萍，張桂華 .國外工業(yè)機器人發(fā)展勢態(tài)分析 .機器人技術與應用 ， 2022 [4] 王雄耀 .近代氣動機器人 (氣動機械手 )的發(fā)展及應用 .液壓氣動與密封， 2022 [5] 嚴學高，孟正大 .機器人原理 .南京 :東南大學出版社， 2022 [6] 機械設計師手冊 .北京 :機械工業(yè)出版社， 2022 [7] 黃錫愷，鄭文偉 .機械原理 .北京 :人民教育出版社， 2022 [8] 成大先 .機械設計圖冊 .北京 :化學工業(yè)出版社 [9] 鄭洪生 .氣壓傳動及控制 .北 京 :機械工業(yè)出版社， 2022 [10] 吳振順 .氣壓傳動與控制 .哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2022 [11] 徐永生 .氣壓傳動 .北京 :機械工業(yè)出版社， 2022 [12]傅祥志，機械原理（第二版），武漢： 華中科技大學出版社， [13]吳昌林等，機械設計（第二版）， 武漢：華中科技大學出版社， ［ 14］徐鋼濤等，機械設計基礎，北京：高等教育出版社， 26 27 致 謝 本次設計是在我尊敬的導師馬永杰老師悉 心指導下完成的。 機械手采用 PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進 行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設定 PLC程序來實現(xiàn)。同時成本低廉。 工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。 機械手可編程序控制器控制方案 24 第七章 結論 本次設計的是氣動通用機械手，相對于專用機械手，通用機械手的自由 度可變，控制程序可調，因此適用面更廣。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作。 第四階段是輸出處理階段。 當輸入狀態(tài)信息全部進入 I/0狀態(tài)表后， CPU工作進入到第三個階段。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在 I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因 23 此不能造成運算結果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第二階段是處理輸入信號階段。開機時， CPU首先使 I/0狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器 。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連， CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。具體的工作過程可分為 4個階段。 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的。 6. 1可編程序控制器的選擇及工作過程 可編程序控制器的選擇 目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的 F系列PC,德國西門子公司的 SIMATIC N5系列 PC、日本 OMRON(立石 )公司的 C型、 P型PC等。 手臂回轉氣缸的尺寸設計與校核 尺寸設計 氣缸長度設計為 mmb 120? ,氣缸內(nèi)徑為 mmD 2101 ? ,半徑 R=105mm,軸徑 mmD 402 ? 半徑 mmR 20? ,氣缸運行角速度 ? = s/90? ，加速度時間t? ? ,壓強 MPaP ? , 則力矩： 2 )( 22 rRpbM ?? ).(255 2)( 226mN????? 尺寸校核 1．測定參與手臂轉動的部件的質量 kgm 1201 ? ,分析部件的質量分布情況， 質量密度等效分布在一個半徑 mmr 200? 的圓盤上，那么轉動慣量： 221rmJ? 2 2?? ? （ ） tJM ?? ?.慣 ).(108 mN??? 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定摩擦系數(shù) ?k , 22 慣摩 MkM .? ）（ ? ?? 總驅動力矩 摩慣驅 MMM ?? ）（ ? ?? MM〈驅 ? 設計尺寸滿足使用要求。 平衡裝置 在本設計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩 平衡狀態(tài)，減少手抓一側重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。具體的安裝形式應該根據(jù)本設計的具體結構和抓取物體重量等因素來確定，同時在結構設計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉中心的慣量。單葉氣缸的壓力 P驅動力矩 M的關系為 : 2 )( 22 rRpbM ?? , 或 )( 2 22 rRb Mp ?? 18 19 第五章 手臂伸縮、升降、回轉氣缸的尺寸設計與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設計 手臂伸縮氣缸采用標準氣缸，參看各種型號的結構特點，尺寸參數(shù)，結合本設計的實際要求，氣缸用 CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為 ? 100/63： 尺寸校核 ，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=滿足使用要求即可 ,設計使用壓強 MPaP ? , 則驅動力： 2RPF ??? )(1246 26N? ???? 測定手腕質量為 50kg,設計加速度 )/(10 sma? ，則慣性力 maF?1 )(5001050 N? ?? ，設定摩擦系數(shù) ?k , ? )(100 N? ?? ? 總受力 mFFF ?? 10 )(600 100500 N? ?? FF?0 所以標準 CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求要求。動片封圈 4把氣腔分隔成兩個 .當壓縮氣體從孔 a進入時，推動輸出軸作逆時 4回轉，則低壓腔的 氣從b孔排出。 AR , BR 處的支承反力 (N)，可 按手腕轉動軸的受力分析求解， 根據(jù) 0?? ）（ FMA ,得 : 33lGlRB ? ? lGlG 122 ? BR ? l lGlGlG 332211 ?? 同理，根據(jù) BM? (F) 0? ,得 : l llGllGllGR A )()()( 332211 ?????? 式中 : 2G 的重量 (N) 321 , llll ,— 如圖 41所示的長度尺寸 (cm). 轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據(jù)具體情況加以分析。 17 3e 手腕轉動件的重心到轉動軸線的偏心距 (cm) 當工件的重心與手腕轉動軸線重合時，則 11eG 0? . 手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 封M ?封M )(2 12 dRdRf BA ? ( cmN? ) 式中 : 1d ， 2d 轉動軸的軸頸直徑 (cm)。 ?? — 起動過程所轉過的角度 (弧度 )。 1e 工件的重心到轉動軸線的偏心距 (cm), ? 手腕轉動時的角速度 (弧度 /s)。 1J 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量 )..( 2scmN `。 封M 手腕回轉缸的動片與定片、缸徑、端蓋等 處密封裝置的摩擦阻力 矩 ( cmN? )。 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 4. 2手腕的驅動力矩的計算 手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 .圖 41所示為手腕受力的示意圖。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉運動的機構，應用最多的為回轉油 (氣 )缸，因此我們選用回轉氣缸。 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。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 ???? 15 第四章 手腕結構設計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉運動才可滿足工作的要求。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? fG = nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預壓縮量， 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) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設計中，必須考慮負載率 ? 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 ?? 代入有關數(shù)據(jù)，可得 ?fGnDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? 14 )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ?? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關手冊圓整，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 ?? 滿足實際設計要求。若被抓取工件的最大加 速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 )( Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為 N1563 。 手部驅動力計算 本課題氣動機械手的手部結構如圖 32所示 ， 12 圖 32 齒輪齒條 式手部 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)手部結構的傳動示意圖，其驅動力為 : 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。 (四 )具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)