【正文】 厚可按薄壁筒公式計算:式中: 6—— 缸筒壁厚 mmD——?dú)飧變?nèi) 徑 ，咖P——實(shí)驗(yàn)壓力，取P=材料為 : ZL3,[] =3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:== mm取= mm，則缸筒外徑為:D=65+ =80 mm。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:式中: ——活塞桿上的推力，N——彈簧反作用力，N——?dú)飧坠ぷ鲿r的總阻力，NP——?dú)飧坠ぷ?壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:式中: —— 彈簧剛度，N/mL—— 彈簧預(yù)壓縮量，mS——活塞行程，md——彈簧鋼絲直徑，mD——彈簧平均直徑，mD——彈 簧外徑，mn —— 彈 簧 有效 圈數(shù)G—— 彈簧 材料剪切模量，一般取G= 1 護(hù)Pa在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率幾的影響，則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得：所以：查有關(guān)手冊圓整，得D=65 mm由d/D=～， 可得活塞桿直徑:d=(～)D=13～ mm圓整后，取活塞桿直徑d=18 mm校核，按公式有: 其中=120MPa, F=750N則:d (4490/120)= 18滿足設(shè)計要求。圖32 齒輪齒條式手部(1) 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: (2) 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式:所以：=490（N）(3) 實(shí)際驅(qū)動力:因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取= ，并取=.若被抓取工件的最大加速度取a=g 時，則:所以：所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為1563N。(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(diǎn)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，其工件重量G=10公斤，“V”形手指的角度2=120176。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(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。3．1手部設(shè)計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(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式?；剞D(zhuǎn)速度 180176。手腕運(yùn)動參數(shù)回轉(zhuǎn)范圍 0176?！?240176。lmm一、用途:用于 100 噸以上沖床上下料。定位精度也是基本參數(shù)之一。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應(yīng)大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機(jī)械手設(shè)計成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的使用范圍。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。機(jī)械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。/s，平均移動速度為lm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為900176。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?；緟?shù)運(yùn)動速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。故該機(jī)械手主參數(shù)定為10公斤，高速動作時抓重減半。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動方式。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。當(dāng)工件是板料時，使用氣流負(fù)壓式吸盤。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動機(jī)構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度圖21所示為機(jī)械手的手指、手腕、手臂的運(yùn)動示意圖。按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計的機(jī)械手是通用氣動上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運(yùn)或操作設(shè)備，動強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。設(shè)計氣動機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計算機(jī)進(jìn)行控制。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。(三)按控制方式分點(diǎn)位控制它的運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動，只能控制運(yùn)動過程中幾個點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動軌跡。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作機(jī)械傳遞的。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。(二)按驅(qū)動方式分 液壓傳動機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。(一)按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。(四)位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動。機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。機(jī)械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動如下:手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動時，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動。手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手部即與物件接觸的部件。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖21所示。 designed manipulator wrist structure, calculated the wrist rotation required driving torque and the rotary cylinder driving torque。利用可編 程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時序圖和梯形圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計了手臂伸縮、升降用液壓緩沖器和手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器。同時，分別設(shè)計了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)以及吸附式手部結(jié)構(gòu)。目 錄摘 要 5第一章 機(jī)械手概況 7 7第二章 機(jī)械手的設(shè)計方案 13 14 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 15 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 15 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 15 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 16 機(jī)械手的控制方案設(shè)計 16 16 17第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 193．1手部設(shè)計 19第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 28 28 手腕的驅(qū)動力矩的計算 29第五章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 33 34 37 3升降用液壓緩沖器 42 43第六章 氣動系統(tǒng)設(shè)計 44 44第七章 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計 46 可編程序控制器的選擇及工作過程 46 48 49結(jié) 論 51摘 要本文簡要地介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和座標(biāo)型式，氣動技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計之氣動機(jī)械手作者：日期：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計20102011第2學(xué)期姓 名： 班 級： 指導(dǎo)教師： 成 績： 日期：2011 年 7 月前 言工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以