氣動機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-12 11:57本頁面
【正文】 （12）控制方式：點(diǎn)位程序控制(采用PLC)3 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。由于本機(jī)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(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸。 圖41手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算： （31） 式中: 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩() 慣性力矩() 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩()下面以圖41所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算：（1）手腕加速運(yùn)動時所產(chǎn)生的慣性力矩M慣若手腕起動過程按等加速運(yùn)動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則： （32）式中: 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為： （33）式中： 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 工件的重量(N) 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm) 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s) 起動過程所需的時間(s) — 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)（2）手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + () （34）式中: 手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N) 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則 （35）式中: ， 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm) 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承 , 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù),得： （36） （37）同理，根據(jù),得： （38） 式中： 的重量(N) — 如圖41所示的長度尺寸(cm)4 手臂伸縮、升降回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸計(jì)算和校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63。 導(dǎo)向裝置氣壓驅(qū)動的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 手臂升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì)（1）．測定手腕質(zhì)量為80kg,則重力： （45） （2）．設(shè)計(jì)加速度，則慣性力： （46） 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)， （47） 總受力 （48） 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。5 氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖圖61為該機(jī)械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。圖51 機(jī)械手氣壓傳動原理圖表51 氣動元件 序 號型 號 規(guī) 格 名 稱 數(shù) 量1QF44手動截止閥12儲氣缸23QSL26S1分水濾氣器14QTY20S1減壓閥15QIU20S1油霧器16YJ1壓力繼電器17Q24DH10S1二位五通電磁滑閥18Q24D2H10S1二位五通電磁滑閥49Q24D2H15S1二位五通電磁滑閥110單向節(jié)流閥211LI25單向節(jié)流閥212快速排氣閥1各執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂上升速度。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。這樣可以省去電磁閥和切換調(diào)節(jié)閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。6 機(jī)械手的PLC控制 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[11]。 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(wù)的。第一階段是初始化處理：可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)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[11]。開機(jī)時，CPU首先使I/O狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。第二階段是處理輸入信號階段：在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/O狀態(tài)表中存放[8]。第三階段是程序處理階段：當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/O狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個階段[8]。第四階段是輸出處理階段：段CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/O狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中[10]。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。它的手臂具有三個自由度，即水平方向的伸、縮，豎直方向的上、下，繞豎直軸的順時針方向旋轉(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。以上各動作均采用氣動方式驅(qū)動，即用五個二位五通電磁閥(每個閥有兩個線圈，對應(yīng)兩個相反動作)分別控制五個氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動作。這樣，可用PLC的8個輸出端與電磁閥的8個線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。 工業(yè)機(jī)械手的工作流程此機(jī)械手用于自
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