【正文】 ??????gg2600LmLmmM2132113工件手水手工件手水工件）（）（）（）（）（ 23 根據(jù) mNW ????? m, 313 ， 查《 SMC 氣動元件》（ ）選型如下表 3 ： 表 3 垂直無桿氣缸選型結(jié)果 元件名稱及型號 機械接觸式無桿氣缸（基本型）：MY1B63G200 缸徑 63mm 最大負載 W1=830N， W2=166N， W3=290N 最大容許力矩 M1=160N m,M3= (1)負載計算及氣缸選型 水平無桿氣缸所受負載（暫不考慮連接組件的重量） mNLmLmMNgmW????????????????)()m(2123工件手手工件 根據(jù) NW ? ， mNM ?? 查《 SMC氣動元件》（ ），選型如下表 2 ： 表 2 水平無桿氣缸選型結(jié)果 元件名稱及型號 機械接觸式無桿氣缸（基本型）MY1B50G200 缸徑 50mm 最大負載 W1=700N， W2=140N， W3=200N 22 最大容許力矩 M1=78N普通氣缸有圓柱形的活塞桿 ，并且其動力的輸出也是通過活塞桿與外界相連來實現(xiàn)的，于是普通氣缸的設(shè)計計算選型有它的一整套的流程： ①由工況來確定氣缸的實際負載： ②由氣缸的運動速度來確定氣缸負載率 ? ； ③由公式?負載率氣缸的實際負載氣缸的理論輸出力 FF 0 ?算出氣缸的理論輸出力； ④由公式pFD ? 04?計算出氣缸的缸徑； ⑤查表按推薦值取活塞桿的直徑。 ?、缸筒壁厚的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。 ?、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。N tg? ?????? 所以 圖 機械手爪圖 Rbp 2? N )(490N? (3)實際驅(qū)動力 : ? 21KKpp ?實際 ?、因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 。考慮到工件的形狀是圓柱體，宜采用手指氣缸，手指氣缸里平行手指氣缸結(jié)構(gòu)簡單，功能明確，兩個手指夾持圓柱形工件的兩個端面，接觸面積大，抓取穩(wěn)定，于是采用兩手指的闊形氣動手指氣缸。手指的選擇，是沒有嚴格規(guī)定的，一般是根據(jù)具體工況條件而定。 16 （如 Z軸）的回轉(zhuǎn)運動 可選擇齒輪齒條缸或擺動氣缸，但擺動氣缸一般是用作氣動機械手的手臂，在其上連接氣動手指，而本方案的回轉(zhuǎn)運動是立柱的回轉(zhuǎn)運動，考慮到齒輪齒條缸定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡單，于是選用齒輪齒條缸。 抓手在抓取工件時，還應(yīng)考慮到抓手張開的角度不能影響相鄰工件。 氣動機械手在抓取物體時，究竟是選抓手，還是選真空吸盤，是沒有嚴格規(guī)定的，一般根據(jù)具體工況而定。 40176。 20176。它們工作溫度范圍分別為 20176。真空吸盤最小吸力為 ，最大吸力可達 606N。吸盤形狀一般分圓盤形和波紋形。因此，它是一種十分經(jīng)濟簡便的真空系統(tǒng)，尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。 它的優(yōu)點有： ，與抓手連接十分簡便 抓取方式有： 15 主要技術(shù)參數(shù)： ，最大抓取力： 390N；合攏 /打開時 間： ，最大抓取力： 530N；合攏 /打開時間： ，最大抓取力： 250N；合攏 /打開時間： ，最大抓取力： 320N；合攏 /打開時間： ②真空吸盤 目前，在傳輸和裝配生產(chǎn)線上，使用真空吸盤來抓取物體的例子越來越多，應(yīng)用真空技術(shù)可很方便地實現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能。 ①手指氣缸 手指氣缸俗稱抓手，是目前氣動機械手在抓取技術(shù)中應(yīng)用最普遍的方式之一。 (3)氣動機械手手指及真空吸盤 氣動機械手抓取動作最終是由手指來完成的。 ⑥結(jié)構(gòu)簡單，維修容易 ⑦輸出功率相對較小，最大只有 20KW左右。 ④與同類電動機相比，重量只有電動機的三分之一到十分之一，因此，其慣量小，啟動停止快。額定轉(zhuǎn)速從每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)。過載時，轉(zhuǎn)矩降低或停車，過載 消除后立即恢復(fù)正常工作， 14 不會產(chǎn)生故障 ②可以無級調(diào)速?；钊綒怦R達在低速情況下有較大的輸出功率，它的低速性能好，適宜載荷較大和要求低速轉(zhuǎn)矩大的機械，如起重機、絞車絞盤、拉管機等。葉片式氣馬達制造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，但低速啟動轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好，適宜性能要求低或中功率的機械。按結(jié)構(gòu)形式可分為：葉片式、活塞式、齒輪式等。擺動氣缸常用作氣動機械手的手臂，在其上連接氣動手指。 擺動氣缸的活塞桿有中空雙活塞桿型的，可用于真空、噴射等。另外，葉片在行程終端也由彈性緩沖墊緩沖。之間無級可調(diào)，氣缸行程范圍為 1100mm。擺動角度在 0176。 氣缸的活塞上裝有一個永久磁環(huán)，用行程開關(guān)可對氣缸直線行程位置進行檢測。方形活塞桿能在擺動馬達的葉片軸槽里滑動，即葉片的擺動通過方形活塞桿來傳動。 ⑤擺動氣缸 擺動氣缸是由一個雙作用葉片式馬達和一個普通雙作用氣缸組成。 13 沖擊氣缸整個工作行程可簡單地分成三個階段：復(fù)位段，儲能段，沖擊段。中蓋與缸筒固定，它和活塞把氣缸分割成三部分，即蓄能腔、活塞腔和活塞桿腔。 ④沖擊氣缸 沖擊氣缸是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為活塞組件的動能，利用此動能去做功的執(zhí)行元件。 膜片式氣缸與活塞式氣缸相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、制造容易、成本低、維修方便、壽命長、泄露少、效率高等優(yōu)點，但膜片的變形量有限，其行程較短。它可以是單作用式，也可以是雙作用式。在自動化 系統(tǒng)、氣動機器人中或得大量應(yīng)用。 無桿氣缸缸徑范圍為 2563mm，行程可達 10mm。此時，傳動舌片將防塵密封件與抗壓密封件擠開，但它們在缸筒的兩端仍然是互相夾持的?；钊麅啥朔謩e進、排氣，活塞將在缸筒內(nèi)往復(fù)移動。內(nèi)、外密封件都是塑料擠壓成形件，且互相夾持固定。 12 圖 普通型單活塞桿雙作用氣缸 ②無活塞桿氣缸 無桿氣缸沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實現(xiàn)直線運動，無桿氣缸由缸筒，防塵和抗壓密封件，無桿活塞，左右端蓋，傳動舌片，導(dǎo)架等組成。為防止漏氣和外部粉塵的侵入，前缸蓋上裝有活塞桿用防塵組合密封圈。缸筒在前后缸蓋之間由 四根拉桿和螺母將其連接鎖緊（圖中未畫出）。 ①普通氣缸 圖 5為普通型單活塞桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)圖。其中活塞式又分為單活塞式和雙活塞式，單活塞式有有活塞桿和無活塞桿兩種。 (1)氣缸 氣缸的分類及典型結(jié)構(gòu) 氣缸是將壓縮空氣的壓縮能轉(zhuǎn)換成直線運動并做功的執(zhí)行元件。 氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。右上的升降氣缸是機械手升降缸，用以實現(xiàn)機械手的上升與下降。這些動作歸結(jié)起來可分解成以下幾個基本動作： （ 1）水平方向手臂的伸縮移動 （ 2）垂直方向高度的上升、下降移動 （ 3）繞某一個軸線（如 Z 軸）的回轉(zhuǎn)運動 （ 4）手腕的旋轉(zhuǎn) （ 5）手指的夾緊，放松 能實現(xiàn)以上四個基本動作的氣動機械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 ： 11 圖 氣動機械手框架圖 系統(tǒng)共有四個氣缸，從下到上，從左到右依次是：旋轉(zhuǎn)氣缸，該氣缸是立柱的回轉(zhuǎn)缸，他實際上是個組合氣缸，是由兩個氣缸的組合中間以齒輪條杠連接兩缸的活塞，然后再主立軸的下端套上一個直齒圓柱齒輪，與氣缸齒輪條杠嚙合，把活塞的直線運動改變成立柱的旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)。 10 ⑥抓手與工件之間的摩擦系數(shù)為 u=。 ④垂直氣缸以 、下降動作，行程為 300mm，緩沖長度為 20mm。 (3)設(shè)計要求 ①工件的幾何形狀及尺寸如圖 ： 圖 工件的幾何形狀和尺寸 ②工件的材質(zhì)是鋼。 ③氣動控制系統(tǒng)設(shè)計 包括氣動回路的設(shè)計，繪出動作程序圖， XD 線圖，邏輯原理圖，氣動回路原理圖。 ②設(shè)計機械手各執(zhí)行機構(gòu) 可采用模塊化的設(shè)計方式，將機械手分為若干個模塊，對各個模塊進行設(shè)計， 然后把這些模塊拼裝起來組成機械手。 3 研究內(nèi)容，擬解決的問題及設(shè)計要求 (1)本課題的研究內(nèi)容 ①確定機械手的總體方案 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境布局以及氣動機械手的特點，確定設(shè)計的的總體方案，分析 并 9 解決存在的技術(shù)難題。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的 物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。 目前在世界上日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機械手方面 最為領(lǐng)先。從 20 世紀 80 年代中期開始，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達 20%以上，高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。 20世紀 70年代，液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9:1，而 30 多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家，該比例已達到 6:4，甚至接近 5:5。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán) 隨著工業(yè)的機械化和自動化的發(fā)展和氣動技術(shù)本身的一些優(yōu)點，氣動 機械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。 總之，目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代： 第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式 為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。 90 年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。 60～ 70 年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術(shù)進入了應(yīng)用階段。這種機械手也稱第二代機械手。 早在 40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。智能機器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ) 知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。 機械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢 7 2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標(biāo)志的時代。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 （ 2）可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。 在機械工業(yè)中，機械手的應(yīng)用意義可以概括如下： （ 1）可以高生產(chǎn)過程的自動化程度。這樣一來不僅提高了生產(chǎn)力，而且為生產(chǎn)力大大減輕了勞動強度和難度，為生產(chǎn)提供了基本保障。 鑒于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作 [6]。 由于時間倉促和個人水平限制，我的設(shè)計存在著許多還沒來得及解決的問題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評指正并予以解決。這是一個開放的氣動控制系統(tǒng)平臺。 本課題擬開發(fā)物料搬運用氣動機械手，機械手 可以實現(xiàn)在 X、 Z 兩個坐標(biāo)方向上的移動、繞 Z軸的回轉(zhuǎn)，手部可以加緊的執(zhí)行機構(gòu)。 (6)成本低廉。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。 (4)能源可儲存。氣動系統(tǒng)一般只需要 即可建立起所需的壓力和速度。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。 氣動技術(shù)有以下優(yōu)點 : (1)介質(zhì)提取和處理方便。其主要特點是 :介質(zhì)來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。工業(yè)機械手是提高生