【正文】 要我們綜合運用所學知識，不斷總結經驗教訓，在實踐中得到進步。 本次畢業(yè)設計過程，我也存在一定的不足。設計過程中利用 Solid Works 軟件，通過軟件從頂到底的設計原則，將三維建模應用于設計中，直觀展示了設計方案。在設計過程中，通過計算機軟件應用，三維建模設計，零件的計算分析，對機械專業(yè)的設計有了更加深入的提升。 機械手的每次循環(huán)都從原點位置開始動作。 機械手的作業(yè)流程 機械手的作業(yè)動作流程如圖 41 所示： 圖 41 上下料機械手工作流程圖 從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； —— → 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件； —— → 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰 到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； —— → PLC開始輸出高速脈沖，驅動機械手逆時針轉動，當轉過 90 度到位后， PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉動； —— → 接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度； ——→ 機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤； —— → 當工件裝入到位后，卡盤收緊； —— → 機械手松開手爪，準備離開； —— → 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； ——→ PLC 啟動高速 脈沖驅動機械手作順時針轉動，當轉過 90 度到位后， PLC 停止輸出脈沖，機械手停止轉動，機械手回到原點待命； —— → 機床進行加工。 當機械手旋轉到機床上方時并準備下降進行上下料工作時，為了確保安全，必須在機床停止工作并發(fā)出上下料 命令時，才允許機械手下降進行作業(yè)。 而執(zhí)行手爪的加緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現(xiàn)。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；而當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。而液壓缸又由相應的緒論 電磁閥控制。 第 4 章 機械手控制系統(tǒng)的設計 機械手工藝過程與控制要求 機械手的動作有水平手臂的伸縮，垂直手臂的升降，執(zhí)行手爪的加緊與松開以及腰部的旋轉。 同樣校核鍵的強度： ???? ??? 1 00 ? ； 選擇鍵、軸、輪轂的材料均為鋼，有《機械設計（第八版）》表 62 得需用擠壓應力 ? ? 100?p? MPa 由于 p? ? ?p? ,因此合適。 3. .同步帶輪與軸的連接 1同步帶輪與軸連接鍵的尺寸選擇 查閱《機械設計手冊（單行本）》，根據軸的直徑選擇鍵的尺寸，為 hb? =4mm?4mm， 長度 l 根據長度系列選擇 l =6mm，為 非標準鍵，故需要校驗鍵的強度。 至此，已經初步確定了軸的各段直徑和長度。 主軸的結構設計 1） 根據軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 （ 1） .初選 d=70mm。 選擇軸的材料 該軸傳遞中小功率，且轉速較低，故選擇 45鋼，調制處理，其力學性能由《機械設計手冊（吳宗澤 主編）》表 211 查得， b? =640Mp， s? =355Mp， 1?? =275Mp，1?? =155Mp， ? ?1?? =60Mp,s? =207Mp, ??? ,?? =,由表 2123 查得 A=112。 設計時以初估軸徑為基礎，邊畫圖邊定尺寸，逐步形成結構。 2）軸和軸上零件應有正確而可靠的工作位置（定位固定要求）。設計時，必須針對軸的具體情況具體分析，全面考慮解決。 緒論 軸的結構設計主要是使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。 （ 2）結構設計。 軸的設計主要解決互相聯(lián)系的兩個方面的問題： （ 1）設計計算。下面進行具體的計算。 6） 氣缸拆下修配或其他長時間不應用，應保證不被腐蝕，氣管連接處應該防護堵塞，防止雜物進入。 4）空氣等動力源介質經過 40um 以上濾芯過濾，經過氣動三聯(lián)件層層過濾保護，進入氣缸。 2）氣缸導管應清理干凈，不能有雜質，污染物，腐尸缸體。綜合考慮選取 2 緒論 K— 活塞桿橫截面回轉半徑，對于實心桿 K=d/4 代入數據 K =由于細長桿比 ?≥ 即 ? ?22mLJIFK ?? (416) 實心圓桿： 644dJ ?? 式中 L— 氣缸的安裝長度 ； m— 末端系數；選擇固定 — 自由 m = 1/4 E— 材料彈性模量，鋼材 E = ? 1011 aP； J— 活塞桿橫截面慣性矩（4m）； L— 氣缸的安裝長度為活塞桿的長度為 50mm 代入數據得 KF= N 因為 0= , 所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件： 綜合上述：活塞桿的穩(wěn)定性和強度滿足要求。綜合考慮活塞桿的材料選擇 45 鋼。 代入數據，得： ? ? ???????? 226?F ； 最大理論輸出力為： ???? ?FF N。 代入數據，得： ? ? ??????? 4 226?F； 最大理論輸出力為： 2 ???? ?FF N。 載荷在運動過程中一般不能有較大變化，應設有緩沖設備，避免沖擊振動 。 氣動三聯(lián)件順序保證，不得顛倒 ：過濾器 減壓閥 油霧器。 氣缸需要調試 ， 保證在 倍工作壓力下不漏氣，穩(wěn)定輸出。 設計過程選取 緩沖氣缸 ，由于在運動中沖擊明顯 ， 在中載、中速時 ， 氣缸末端受力較小，沖擊可忽略， 所起到的 緩沖效果 較好 。 速度一般要求平緩、穩(wěn)定 ， 常應用節(jié)流閥、時間閥等對氣流調節(jié)，改變壓強。 C 20~70 使用速度范圍 mm/s 30~500 行程公差范圍 mm 0~ 緩沖形式 防撞墊 接管口徑 ?M 不回轉精度 ?176。氣缸類型可選擇 AIRTAC產品，氣缸型號為 TN10?20ST，氣缸行程，根據夾持工件的尺寸選取 ,氣缸桿連接治具與手爪配合，保證執(zhí)行動作。規(guī)格如表 41所示： 表 41 檢測氣缸規(guī)格參數 內徑（ mm) 16 動作形式 復動型 工作介質 空氣（經 40微米以上濾網過濾） 使用壓力范圍 aMP 保證耐壓力 a 工作溫 度176。氣缸伸出，氣缸受到較大的彎力，工作行程一般較大。為保證推板平穩(wěn)，由《機械設計手冊 —— 氣壓傳動與控制》，緒論 可以選擇氣缸類型及安裝方式為：多位置固定型雙軸氣缸。容積調速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力。 氣壓源系統(tǒng)的設計 氣壓系統(tǒng)的工作介質完全由氣壓源來提供，氣壓源的核心是氣壓泵。相應的調速方式有節(jié)流調速、容積調速以及二者結合的容積節(jié)流調速。對高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現(xiàn)。因此，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用雙活塞桿液壓缸，來實現(xiàn)直線往復運動。 表 31 名 稱 特 點 適 用 場 合 雙活塞桿氣壓缸 雙向對稱 雙向工作的往復場合 單活塞桿氣壓缸 有效工作面積大、 雙向不對稱 往返不對稱的直線運動，差動連接可實現(xiàn)快進 柱塞缸 結構簡單 單向工作，靠重力或其它外力返回 本設計因為機械手的形式為圓柱坐標形式，具有 3 個自由度，一個轉動，兩個移動自由度。若實際工作中平衡結果不滿足，則設置彈簧平衡機構進行平衡。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。 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。一般在機器人手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機構。關節(jié)機器人手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅動器的負荷，同時縮短啟動時間。 而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現(xiàn)，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。機械手腰部的旋轉運動需要一定的定位控制 精度，故采用步進電機驅動來實現(xiàn)；因為采用液壓執(zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅動；同時考慮隨著機床加工的工件的不同，水平手臂伸出長度是不同的。高電壓加入的時間長短由控制電路來實現(xiàn)。當繞組剛通電瞬間讓繞組接通高電壓，從而使各相電流迅速建立。目前功率放大器多采用高低壓驅動電路。它的作用是把脈沖發(fā)生器送來的一 系列脈沖信號按照一定的循環(huán)規(guī)律依次分配給各繞組，以使步進電機按著一定的規(guī)律運動。 脈沖發(fā)生器可以按照起、制動及調速要求改變頻率、以控制步進電機。目前已廣泛應用于各類數控機床、工業(yè)機器人及其它機電一體化產品中用做直流伺服電機的驅動。末級采用大功率三極管構成橋式開關電路。其電源電壓為固定不變值，由大功率三極管作為開關元件，以固定的開關頻率動作，但其脈沖寬度可以隨電路控制而改變，改變了脈沖寬度也就可以改變加在電機電樞兩端的平均電壓，從而改變了電機的轉速 。有關各類驅動電動機主要特點及性能、結構特點、用途及使用范圍、適用的驅動器見表 21： 表 21 名 稱 主要特點及性能 結構特點 用途及使用 范圍 驅動器 小慣量直流永磁伺服電動機 電機的慣量小，理論加速度大，快速反應性好，低速性好，調速比可達 1：10e4 范圍，但低速輸出力矩不大， 轉 子 直 徑小，慣量 小 適用于對快速性要求嚴格而負載力矩不大的場合 直流PWM 伺服驅動器SCR 變壓驅動器 有刷繞組永磁直流伺服電動機 轉動慣量小，快速響應性能好；轉子無鐵損，效率高；換向性能好，壽命長；負載波動對轉速影響小，輸出力矩平穩(wěn)。 機器人的驅動系統(tǒng)電機的選擇要根據 機器人的用途、功能、結構特點，結合各類電機自身的特點、性能、結構特點以及性能價格比等綜合考慮進行。伺服電動機可與測速發(fā)電機、光電編碼器、制動器、減速器相結合，實現(xiàn)部分組合、由幾種組合或全部組合，形成伺服電動機驅動單元。其驅動原理方塊圖如下所示： 在機器人驅動系統(tǒng)中應用的電動機大致可分為如下類型：小慣量永磁直流伺服電動機，有刷繞組永磁直流伺服電動機，大慣量永磁直流伺服電動機（力矩電機），反應式步進 電機，同步式交流伺服電動機，異步式交流伺服電動機。 機器人電動驅動系統(tǒng) 這些年來，針對機器人，數控機床等自動機械而開發(fā)的各種類型的伺服電動機及伺服驅動器的大量出現(xiàn)，為機器人驅動系統(tǒng)的更新創(chuàng)造了條件。常用的限位機構是由電磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機構（插鎖，滑塊等）將機器人運動機構鎖定。根據要求和條件，如果選用無接觸感應式氣缸，其限位開關是無接觸接近開關，這種開關的反映時間小于 20ms，在機器人中應用比較理想。為增加定位點數，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，吸合關閉時間較小，停點的步長也要 相應縮短。 氣動機器人的定位問題很大程度上是如何實現(xiàn)停點的制動。無接觸感應式氣缸目前在氣動 系統(tǒng)中已獲得廣泛的應用，這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán)，通過磁感應，使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關動作發(fā)訊，進行位置檢測。氣缸的內徑，行程大小可根據對機器人的運動分析和動力分析進行計算。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)機器人的氣動驅動系統(tǒng)中，常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調速閥、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，可以按機器人及配套的其他氣動設備需要配置相應供氣量的氣源設備。 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。 氣動驅動系統(tǒng)在多數情況下是用于實現(xiàn)兩位式的或有限點位控制的中、小機器人中的。 機器人氣動驅動系統(tǒng) 壓縮空氣作為氣動機器人的動力源，壓縮空氣引入機器人的作業(yè)位置，一般情況下，單獨建立小型氣源系統(tǒng)。因 此，電動驅動系統(tǒng)多用于點焊和弧焊類型機器人。例如，氣動驅動系統(tǒng)多用于沖壓類型機器人。綜合上述各因素，論證可靠性、可行性以及經濟性后做出選擇。有時可以三種類型組合使用。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。載荷在運動過程中一般不能有較大變化，應設有緩沖設備，避免沖擊振動 。 氣動三聯(lián)件順序保證，不得顛倒 ：過濾器 減壓閥 油霧器。 氣缸需要調試 ， 保證在 倍工作壓力下不漏氣，穩(wěn)定輸出。 設計過程選取 緩沖氣缸 ，由于在運動中沖擊明顯 ， 在中載、中速時 ， 氣缸末端受力較小，沖擊可忽略，所起到的 緩沖效果 較好 。 速度一般要求平緩、穩(wěn)定 ， 常應用節(jié)流閥、時間閥等對氣流調節(jié)，改變壓強。 機器人夾持器的運動和驅動方式 選用氣動驅動方式，驅動系統(tǒng)