【正文】 10 13 16 20 25 32 40 50 吸持面積（ cm178。 因?yàn)檎婵諌毫?huì)使吸盤變形，所以吸附面積要比吸盤直徑小。安全系數(shù)中包括變形部分。縮小后的面積即稱為有效吸附面積，此時(shí)的吸盤直徑即稱為有效吸盤直徑。 綜合上述，所選吸盤參數(shù)為： 吸盤直徑 D=40mm， 吸盤吸持面積 A=，吸盤個(gè)數(shù) n=1，真空壓力 P=。它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管 負(fù)壓腔 和接收管 3等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當(dāng)供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。 圖 真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖 真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無可動(dòng)機(jī)械部件，故使用壽命長(zhǎng)。同意噴嘴直徑， 其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加，如圖 。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。由圖可知，真空度存在最大值 Pzmax，當(dāng)超過最大值后，即使增加供氣壓力，真空度不但沒有增加反而下降。 圖 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系 在真空吸盤的選取時(shí)，已確定真空壓力為 ，由圖 、 可得，該真空 12 發(fā)生器耗氣量和真空度分別取 5L/min， 。 供給閥設(shè)置在壓力管路中，選擇一般的換 向閥 AB3 AB41 系列多流體二位二通直動(dòng)截止電磁換向閥，型號(hào)： AB31016，公稱通徑 5mm， AB 接管螺紋 ZG1/8，有效截面面積 ,有效截面面積大于真空發(fā)生器噴嘴兒面積的 4倍，供氣口得連接管內(nèi)徑大于噴嘴直徑的 4倍，減少供給回路的壓力損失。 13 四 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一） 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的概述 應(yīng)用 PLC作為電氣控制，可以簡(jiǎn)化控制線路，降低故障率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手多種動(dòng)作線路。自動(dòng)控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。 根據(jù)機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)， PLC輸入信號(hào)有：工作狀態(tài)選擇開關(guān)輸入、啟動(dòng)停止按鈕輸入、磁性接近開關(guān)信號(hào)輸入、手動(dòng)開關(guān)輸入及程序選擇開關(guān)輸入共 22個(gè)輸入點(diǎn)；機(jī)械手的輸出信號(hào)有：驅(qū)動(dòng) 4個(gè)氣缸的電磁閥線圈 4個(gè)，控制真空吸盤的電磁閥線圈 2個(gè)，原點(diǎn)指示燈 1個(gè)，共七個(gè)輸出點(diǎn)。 機(jī)械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設(shè)定位置裝置定位塊。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實(shí)心的零件做成空心的，以此來減輕總質(zhì)量。另外機(jī)械手還可進(jìn)行回零等，其有手動(dòng)控制方式和全自動(dòng)控制。大臂回轉(zhuǎn)速度為 135176。 14 （二）機(jī)械手電氣控制程序 表 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 1 LD X400 17 AND T453 2 ANI X401 18 ANI T454 31 OUT Y439 3 ANI T450 19 OUT Y435 32 OUT T550 4 OUT Y430 20 OUT T454 K2 5 OUT T450 33 AND T550 K2 21 AND T454 34 ANI T551 6 AND T450 22 ANI T455 35 OUT Y530 7 ANI T451 23 OUT Y436 36 OUT T551 8 OUT Y432 24 OUT T455 9 OUT T451 K2 37 AND X500 25 AND T455 38 ANI T552 10 AND T451 26 ANI T456 39 OUT Y531 11 ANI T452 27 OUT Y437 40 OUT Y532 13 OUT Y433 28 OUT T456 41 OUT T552 14 OUT T452 K3 27 AND T456 15 OUT Y434 28 ANI T457 16 OUT T453 29 OUT Y438 K2 30 OUT T457 15 （三）機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)圖 1 自動(dòng)控制系統(tǒng)圖 圖 機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)圖 上圖為機(jī)械手自控控制系統(tǒng)圖，他的指令采用 FX1S的專用 PLC控制器控制，他的工作順序是按照上圖中大臂下降開始直至最后一次大臂回轉(zhuǎn)為完成一個(gè)完整的工作周期，每個(gè)工作段所用的時(shí)間在上圖均已標(biāo)明，從系統(tǒng)啟動(dòng)到結(jié)束程序，除非系統(tǒng)受到X500停車指令，否則系統(tǒng)均通過各個(gè)時(shí)間控制器來完成精確的控制。 3 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖如圖 所示，其中 S2 是自動(dòng)方式的初始狀態(tài)。 17 圖 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖 4 機(jī)械手獨(dú)立控制面板設(shè)計(jì)圖 機(jī)械手控制獨(dú)立控制面板如 圖 所示 18 圖 機(jī)械手控制面板 面板中的啟動(dòng)和急停按鈕與 PLC的運(yùn)行程序無關(guān)，這兩個(gè)按鈕是用來接通或斷開PLC 外部負(fù)載的電源。 19 五 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）機(jī)械手的工作原理分析 真空吸盤式氣動(dòng)機(jī)械手是自動(dòng)化流水生產(chǎn)線 中廣泛應(yīng)用的工件搬運(yùn)機(jī)械設(shè)備，它是流水線作業(yè)中不可或缺的運(yùn)輸單元。 手臂延伸 300mm放下工件 手臂收縮 300mm大臂反轉(zhuǎn) 180176。整個(gè)周期要完成所有動(dòng)作必須由 3個(gè)氣壓缸協(xié)調(diào)動(dòng)作才能做到 。 20 （三）各缸運(yùn)動(dòng)過程分析 吸持工件 在整機(jī)啟動(dòng)的情況下，氣體流經(jīng)單向閥，然后 PLC 控制程序指令控制電磁鐵 3DT 通電吸合，此時(shí)此二位四通電磁閥處于右位，氣體直接流進(jìn)右腔，從而拉動(dòng)滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)吸持工件。氣體經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第二個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，接著流向減壓閥和單向閥構(gòu) 成的復(fù)合閥，然后直接流向大臂升降氣壓缸的下腔，從而推動(dòng)機(jī)械手做上升運(yùn)動(dòng)。泵 3供油經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第一個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂回轉(zhuǎn)氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手大臂做左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。泵 3供油經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第三個(gè)三位四通電磁閥右位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)。 手臂收縮 PLC 指令控制電磁鐵 2DT 通電吸合氣體經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第三個(gè)三位四通電磁閥左位，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手手臂做收縮運(yùn)動(dòng)。氣體經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第一個(gè)三位四通電磁閥左位，接著氣體流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂回轉(zhuǎn)氣壓缸，從而推 動(dòng)機(jī)械手大臂做左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。氣體經(jīng)單向閥 5，流經(jīng)圖 所示從左到右第二個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂升降氣壓缸的上腔，從而推動(dòng)機(jī)械手做下降運(yùn)動(dòng)。電磁鐵動(dòng)作順序表如下： 21 22 六 機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及參 數(shù)計(jì)算 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、翻轉(zhuǎn)和升降。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)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。 由于本設(shè)計(jì)需要，手部、腕部無需設(shè)計(jì)，只需設(shè)計(jì)手臂即可。 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要?。簷C(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。 /s內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為 1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度在 90176。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要 盡可能的輕。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出完美的、性能良好的機(jī)械手。 （ 2） 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形 式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層氣壓缸空心結(jié)構(gòu)。 （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 （三）手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的氣壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù) 氣壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定來確定氣壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。 F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 （ ） 摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根