【正文】 氣動(dòng) 機(jī)械手 的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)， PLC 系統(tǒng)控制。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。采用氣壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便、可獲得較大的輸出功率、氣體不可壓縮，壓力、流量易于控制，反應(yīng)靈敏、控位精確等優(yōu)秀特點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的 ：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。 （ 3）臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng) 、左右擺動(dòng)。 （ 2）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 （四）機(jī)械手的組成 工業(yè)的機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境；與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題；工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等 惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電 2 氣控制優(yōu)越；成本低，過載能自動(dòng)保護(hù)。目前各種氣動(dòng)工具的廣泛使用，也是氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)組成部分。 機(jī)器人，例如裝配機(jī)器人，噴漆機(jī)器人，搬運(yùn)機(jī)器人以及爬墻、焊接機(jī)器人等。 石油、化工業(yè) 用管道輸送介質(zhì)的自動(dòng)化流程絕大多數(shù)采用氣動(dòng)控制，如石油提煉加工、氣體加工、化肥生產(chǎn)等。在汽車制造中，汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線、車體部件自動(dòng)搬運(yùn)與固定、自動(dòng)焊接等。任何技術(shù)的改革和創(chuàng)新，都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提，這樣才具有它的實(shí)際意義。 1 一 緒論 （一 ）氣 壓傳動(dòng)技術(shù)的研究發(fā)展動(dòng)向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前氣壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、高度集成化的方向發(fā)展。雖然氣壓傳動(dòng)技術(shù)方便簡潔，但是氣壓傳動(dòng)中存在著一些亟待解決的問題，如：氣壓系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、氣壓沖擊對(duì)設(shè)備可靠性的影響等等，這些問題都是氣壓傳動(dòng)技術(shù)需要研究和解決的。 （二）氣壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用 機(jī)械制造業(yè)，其中包括機(jī)械加工生產(chǎn)線上工件的裝夾及搬送，鑄造生產(chǎn)線上的造型、搗固、合箱等。 電子 IC 及電器行業(yè)，如用于硅片的搬運(yùn)，元器件的插裝與錫焊，家用電器的組裝等。 輕工食品包裝業(yè)，其中包括各種半自動(dòng)或全自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，例如：酒類、油類、煤氣罐裝，各種食品的包裝等。 其它，如車輛剎車裝置，車門開閉裝置，顆粒物質(zhì)的篩選，魚雷導(dǎo)彈自動(dòng)控制裝置等。 （三）氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ：以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動(dòng)相比不必設(shè)置回收的油箱和管道；因空氣的粘度很?。s為液壓油動(dòng)力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。 氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差，但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的效果；因工作壓力低（一般為 ），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于 10～ 40kN；噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器；氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級(jí)數(shù)過多的復(fù)雜回路。 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1） 手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、楔塊杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、內(nèi)撐連桿式、右絲杠螺母式、彈簧式和重力式。手腕有獨(dú)立的自由度。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)， 3 從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。 （ 4）行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國的正處于仿真階段。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。 3 控制系統(tǒng)分類 在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。功能原理先進(jìn)，動(dòng)作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。 主要技術(shù)參數(shù)：吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍 0300mm，手臂升降行程范圍 0200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180186。 （六）設(shè)計(jì)的基本思路、方案 分析、理解設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求→查閱相關(guān)資料→初步擬訂設(shè)計(jì)方案→設(shè)計(jì)方案對(duì)比并確定最佳方案→參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算→裝配圖草圖→零件設(shè)計(jì)→零件草圖→繪制裝配圖→繪制零件圖→編寫設(shè)計(jì)說明書 4 （七）設(shè)計(jì)原則 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮機(jī)械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。本著 科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、 液壓、氣動(dòng)、電氣傳動(dòng)及控制、傳感器、可編程控制器（ PLC）、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識(shí) 盡可能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過本次設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)階段的知識(shí)得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。功能原理先進(jìn)，動(dòng)作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求，主要技術(shù)參數(shù)見表 ： 表 主要技術(shù)參數(shù) （二）真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手工作原理分析 真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手功能原理如圖 所示 吸盤吸持力 2kg 運(yùn)動(dòng)形式 圓柱坐標(biāo) 手臂伸縮行程范圍 0300mm 手臂升降行程范圍 0200mm 手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180176。前者需要配置獨(dú)立的真空系統(tǒng)，而后者可以利用一般生產(chǎn)過程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。 真空發(fā)生器的原理是：壓縮空氣通過收 縮的噴嘴后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動(dòng)，從而在接受室形成負(fù)壓，誘導(dǎo)二次真空。用真空吸盤來抓取物體，可以根據(jù)物體的不同形狀來實(shí)現(xiàn)任意角度的傳遞。 （三）真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手工藝方案 設(shè)計(jì)一套真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)，PLC 系統(tǒng)控制。 主要技術(shù) 參數(shù)：吸持力 2kg；自由度數(shù)為 3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍 0300mm，手臂升降行程范圍 0200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0180186。 機(jī)械手的動(dòng)作循環(huán)（工件平放）：真空吸盤吸取工件 大臂上升 大臂回轉(zhuǎn) 手臂延伸 真空吸盤放下工件 手臂收縮 大臂反轉(zhuǎn) 大臂下降。 7 氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，故采 取氣壓傳動(dòng)方式。 （ 3） 本機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)是手部機(jī)構(gòu)。根據(jù)本組合機(jī)床加工工件的特征，選擇氣吸式（真空吸盤式）手部結(jié)構(gòu)。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，且根 據(jù)本機(jī)械手坐標(biāo)形式分析分析本機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，采用圓柱坐標(biāo)形式。 8 三 真空元件的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 （一）真空吸盤吸持工件的動(dòng)力學(xué)分析 在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)作業(yè)線上 ,使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。而吸持力靠真空系統(tǒng)維持 ,真空的產(chǎn)生可以是由電動(dòng)機(jī)、真空泵以及各種 真空器件所組成的真空系統(tǒng)來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來提供。因此 ,特別在各種包裝作業(yè)過程中 ,利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟(jì)。這樣的真空系統(tǒng) ,尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。用真空吸盤來抓取物體 ,可以根據(jù)物體的不同形狀實(shí)現(xiàn)任意角度的傳遞。如圖 。 圖 真空吸盤的安裝位置 9 （二）真空吸盤的選取 為了確保真空吸盤能完成給定的任務(wù) ,需考慮一定的安全系數(shù) ,根據(jù)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ,真空吸盤的安全系數(shù) N一般取 ，因此 ,許用提升重量 = 理論提升 重量 /N=垂直提升力 /N 表 吸盤直徑、面積、垂直提升力參數(shù)表 吸盤垂直提升力（ N） 吸盤直徑 D(mm)