柔性制造系統(tǒng)中輸送單元設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)柔性制造系統(tǒng)中輸送單元設(shè)計(jì) 系 別: 機(jī)電工程系專 業(yè): 機(jī)電一體化姓 名: 張發(fā)超 學(xué) 號(hào): 0954235 指導(dǎo)教師: 王周讓二零一一年十一月一日 緒論2第一章 輸送單元的概述31.1課題的提出及主要任務(wù)31.2輸送單元的概述31.3輸送單元的結(jié)構(gòu)組成4第二章 輸送單元機(jī)械手手臂裝置的設(shè)計(jì)方案112.1機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)112.2 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)112.3機(jī)械手的主要參數(shù)112.4手部要求132.5機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表15第三章 輸送單元手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)173.1輸送單元手臂伸縮氣缸方案一的尺寸設(shè)計(jì)173.2輸送單元手臂伸縮部分方案二的尺寸設(shè)計(jì)173.3.導(dǎo)向裝置2

2、03.4 平衡裝置203.5 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖20第四章  結(jié)論22致 謝23參考文獻(xiàn)24緒論 柔性制造系統(tǒng)(FMS)是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信（略）控制技術(shù)于一體的具有高自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng).柔性制造系統(tǒng)一般是指在批量切削加工中以先進(jìn)的自動(dòng)化和高水平的柔性為目標(biāo)的制造系統(tǒng).與舊產(chǎn)系統(tǒng)相比,柔性制造系統(tǒng)可適用于多品種產(chǎn)品的中小批量生產(chǎn),它減少了勞動(dòng)力成本、節(jié)約了生產(chǎn)成本,提高了機(jī)床的利用率,縮短了中間產(chǎn)品庫(kù)存的時(shí)間.同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要這種系統(tǒng)可以隨意裝拆和增加新的功能單元. 本論文所研究的柔性制造系統(tǒng)屬于生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),本文主要對(duì)柔性制造系統(tǒng)的輸送單元進(jìn)行了系統(tǒng)的分

3、析和研究.在調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,探究了柔性制造系統(tǒng)的整體構(gòu)架及原理.論文重點(diǎn)研究了柔性制造系統(tǒng)輸送單元各種傳輸形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、功能及工作原理, 機(jī)械手手臂裝置的設(shè)計(jì)，手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì). 第一章 輸送單元的概述1.1課題的提出及主要任務(wù)物料輸送單元在整個(gè)柔性演示系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色.物料輸送單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理及穩(wěn)定性能好壞直接反應(yīng)了整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣.本設(shè)計(jì)中,采用性能穩(wěn)定,定位精度高的進(jìn)口元部件作為物料的定位系統(tǒng)。利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時(shí)序圖，并繪制了可編程序控制器的控

4、制程序。關(guān)鍵詞：換向閥、 機(jī)械手、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、可編程控制器（PLC）1.2輸送單元的概述輸送單元由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種輸送裝置，它可自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。輸送單元并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程

5、產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.輸送單元能按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置

6、，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。1.3輸送單元的結(jié)構(gòu)組成 輸送單元是YL-335A系統(tǒng)中最為重要同時(shí)也是承擔(dān)任務(wù)最為繁重的工作單元。該單元主要完成驅(qū)動(dòng)抓取機(jī)械手裝置精確定位到指定單元的物料臺(tái)，在物料臺(tái)上抓取工件，把抓取到得工件輸送到指定地點(diǎn)然后放下的功能。同時(shí)，該單元在PPI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中擔(dān)任著主角色，它接收來(lái)自按鈕指示燈模塊的系統(tǒng)主令信號(hào)，讀取網(wǎng)絡(luò)上各從站的狀態(tài)信息，加以綜合后，向

7、各從站發(fā)送控制要求，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。輸送單元由抓取機(jī)械手裝置、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)組件、PLC模塊、按鈕指示燈模塊和接線端子排等部件組成，如圖1-1所示。 圖11 輸送單元的組成13.1氣動(dòng)手指氣動(dòng)手指由一個(gè)二位五通雙向電磁閥控制，帶狀態(tài)保持功能用于各個(gè)工作站抓取搬運(yùn)。雙向電控閥工作原理和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器類似，即輸出狀態(tài)由輸入狀態(tài)決定，如果輸出狀態(tài)確認(rèn)了，即使無(wú)輸入狀態(tài)雙向電控閥一樣保持被觸發(fā)前的狀態(tài)。132雙桿氣缸雙桿氣缸由一個(gè)二位五通單向電控閥控制，用于控制手爪伸出縮回。13.3回轉(zhuǎn)氣缸回轉(zhuǎn)氣缸由一個(gè)二位五通單向電控閥控制，用于控制手臂回轉(zhuǎn)90°旋轉(zhuǎn)，氣缸旋轉(zhuǎn)角度可以任意調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍

8、0°180°，調(diào)節(jié)通過(guò)節(jié)流閥下方兩顆固定緩沖器調(diào)整。13.4提升氣缸提升氣缸由一個(gè)二位五通單向電控閥控制，用于整個(gè)機(jī)械手的提升下降。以上氣缸運(yùn)行速度快慢由出氣口節(jié)流閥調(diào)整進(jìn)氣量進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。135步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)組件用以拖動(dòng)抓取機(jī)械手裝置作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成精確定位的功能。136按鈕指示燈模塊該模塊放置在抽屜式模塊放置架上，模塊上安裝的所有元器件的引出線均連線到面板上的安全插孔。按鈕指示燈模塊內(nèi)安裝了按鈕開(kāi)關(guān)，指示燈蜂鳴器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源等三類元器件，具體如下：（1）按鈕開(kāi)關(guān)：急停按鈕一只，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)二只，復(fù)位按鈕黃、綠、紅各一只，自鎖按鈕黃、綠、紅各一只。（2）指示燈

9、蜂鳴器：24指示燈黃、綠、紅各二只，蜂鳴器一只。（3）開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：DC246A，122A各一組。一)施行機(jī)構(gòu)包括手部 、伎倆、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的方式差別，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)方式有回轉(zhuǎn)型和平移 2、手腕是連接手部和手臂的部件，可以調(diào)整和改變工件方位3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)

10、、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。圖 2 機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)示意圖手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài)簡(jiǎn)單。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立往通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移

11、式立柱。5、行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。6、機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，起支承和連接的作用。有時(shí)為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴(kuò)大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目

12、前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置：控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。1.37機(jī)械手的分類1.機(jī)械手的分類機(jī)械手按不同的標(biāo)準(zhǔn)可有不同的分類方法，如按用途可分為通用機(jī)

13、械手和專用機(jī)械手；按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手、氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手、電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手；按控制方式可分為點(diǎn)位控制機(jī)械手和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手兩種。工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中，大多按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式將機(jī)械手分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式四種，在此暫按使用范圍、控制系統(tǒng)和坐標(biāo)式等進(jìn)行分類 (一) 按坐標(biāo)系分類其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。 (二)按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:1、專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單

14、一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加口工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以 “開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點(diǎn)位的，也可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)

15、控類型。 (三)按控制方式分1、 點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。第二章 輸送單元機(jī)械手手臂裝置的設(shè)計(jì)方案  對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工

16、作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求，盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.2.1機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)械手以及其手部所夾持的工件（或工具）在空間的位置，由臂部、腕部等組成部件以及整機(jī)的各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的合成來(lái)確定。如圖2所示，機(jī)械手通?？蓪?shí)現(xiàn)如下的基本動(dòng)作：手臂的運(yùn)動(dòng)：伸縮運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺

17、動(dòng)（即俯仰）、升降運(yùn)動(dòng)。手腕的運(yùn)動(dòng)：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。手部的運(yùn)動(dòng)：夾緊和松開(kāi)。整機(jī)主體的運(yùn)動(dòng)：整機(jī)行走。機(jī)械手的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)，必須要配有一個(gè)原動(dòng)件，當(dāng)各原動(dòng)件按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)部件隨之作確定的運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)械手具有運(yùn)動(dòng)和位置的確定性。2.2 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手2.3機(jī)械手的主要參數(shù)1.機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取的工件質(zhì)量為

18、10公斤2.基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。1抓取重量抓取重量（又稱臂力）是指機(jī)械手所能抓取或搬運(yùn)物件的最大重量，它對(duì)其他參數(shù)如行程范圍、運(yùn)動(dòng)速度、坐標(biāo)形式和緩沖裝置的設(shè)計(jì)均有影響，是機(jī)械手最基本的參數(shù)。主參數(shù)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機(jī)械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。故該機(jī)械手主參數(shù)定為10公斤，高速動(dòng)作時(shí)抓重減半。使用吸盤式手部時(shí)可吸附5公斤的重物。2運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度反映了機(jī)械手的生產(chǎn)水平，影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)周期和工作效率，很多機(jī)械手由于速度低而限制

19、了它的使用范圍。影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的兩個(gè)主要運(yùn)動(dòng)是手臂的伸縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。速度大小與機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、定位方式、抓重大小和行程距離有關(guān)系?；緟?shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂升降及旋轉(zhuǎn)的速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為1.2m/s，最大旋轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為1200°/s，平均移動(dòng)速度為lm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為900°/s。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)

20、動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應(yīng)大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機(jī)械手設(shè)計(jì)成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的使用范圍。手臂升降行程定為150mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為土0.5±lmm3.行程范圍機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)行程對(duì)使用性能有較大的影響

21、。一般來(lái)說(shuō)，通用機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能大些，回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)大于180º，使機(jī)械手具有一定的通用性；手臂伸縮行程及工作半徑要適宜，太大會(huì)增加手臂懸伸量，相應(yīng)的偏重力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增加，且剛性降低，對(duì)于定位精度也難以保證。4定位精度定位精度是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的又一重要指標(biāo)，是指機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)部件從某一起始位置運(yùn)動(dòng)到預(yù)期的另一位置時(shí)所到達(dá)的實(shí)際位置的準(zhǔn)確程度。定位精度的高低取決于位置控制方式以及機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件本身的精度和剛度，并和抓取重量、運(yùn)動(dòng)速度等因素也有密切關(guān)系。定位精度包括位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度兩種，一般所說(shuō)的定位精度是指重復(fù)定位精度。2.4手部要求2.4.1概述手部是機(jī)械手直

22、接抓取和握緊（或吸附）物件或夾持專用工具執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的部件，因此手部的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)依據(jù)作業(yè)任務(wù)要求來(lái)設(shè)計(jì)，從而形成了多種多樣的結(jié)構(gòu)型式。它安裝在手臂的前端，可以模仿人手動(dòng)作。如 圖3所示：圖3設(shè)計(jì)手部時(shí)除了要滿足抓取要求外，還應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求： (1)手指握力的大小要適宜確定手指的握力（即夾緊力）時(shí)，應(yīng)考慮工件重量以及傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落，但握力太大又會(huì)造成浪費(fèi)并可能損壞工件。 (2)應(yīng)保證工件能順利地進(jìn)入或脫開(kāi)手指開(kāi)合式手指應(yīng)具有足夠大的張開(kāi)角度來(lái)適應(yīng)較大的直徑范圍，保證有足夠的夾緊距離以方便地抓取和松開(kāi)工件。移動(dòng)式鉗爪要有

23、足夠大的移動(dòng)范圍。 (3)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并且自身重量輕因受到被夾持工件的反作用力和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性力、振動(dòng)等的影響，要求機(jī)械手具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，但結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單緊湊、自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小。 (4）動(dòng)作迅速、靈活、準(zhǔn)確，通用機(jī)械手還要求更換手部方便根據(jù)用途手部可分為夾持式手部、吸附式手部和專用工具（噴槍、扳手、焊接工具）三類，1夾持式手部夾持式手部對(duì)抓取工件的形狀具有較大的適應(yīng)性，故應(yīng)用較廣。它的動(dòng)作與鋼絲鉗或臺(tái)虎鉗相似。夾持式手部是由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和手指（或手爪）等組成。驅(qū)動(dòng)裝置多半用活塞缸。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

24、常用連桿機(jī)構(gòu)、滑槽杠桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等。手指通常是兩指，也有多指等形式。指端是手指上直接與被夾持工件接觸的部位，它的結(jié)構(gòu)形狀取決于工件的形狀。手部結(jié)構(gòu)按模仿人手手指的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、移動(dòng)型等型式。回轉(zhuǎn)型的連桿傳動(dòng)手部它由雙作用活塞缸、連桿機(jī)構(gòu)和手指組成。當(dāng)驅(qū)動(dòng)活塞左右移動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使手指閉合或張開(kāi)。這種結(jié)構(gòu)由于各連桿間都是鉸鏈連接，故能傳遞較大的作用力。另外，在一定的驅(qū)動(dòng)力條件下，適當(dāng)?shù)剡x擇連桿尺寸可使手指獲得較大的夾緊力。但應(yīng)注意，當(dāng)活塞向左移動(dòng)到使連桿組成的角a為零時(shí)，手指已閉合到極限位置。若此時(shí)手指還沒(méi)有夾緊工件，活塞再左移則手指反而要張開(kāi)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)須注意工件尺寸及各連

25、桿尺寸，保證a角要大于零。2吸附式手部吸附式手部是靠吸附力抓取物料，它適用于抓取大平面、易碎、微小等類型的物料。吸附式手部有真空負(fù)壓吸盤和電磁吸盤兩種。a真空負(fù)壓吸盤真空負(fù)壓吸盤是用橡膠或軟塑料制成碗狀，使之在吸盤中形成真空而把工件吸附住，多半應(yīng)用于抓取薄板工件及弧形殼體工件等。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、表面吸附力分布均勻，但對(duì)吸取的工件表面要求平整而無(wú)孔洞，它不宜吸取過(guò)重的工件。b電磁吸盤電磁吸盤是采用電磁鐵，通過(guò)磁場(chǎng)吸力作用吸取工件。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但只適用于磁性材料工件，不能在高溫下應(yīng)用。所以經(jīng)過(guò)對(duì)比我選取了夾持式手剖及氣流負(fù)壓式吸盤2.5機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途:用于自動(dòng)輸送線的上下

26、料。二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、抓重10公斤 (夾持式手部)5公斤（氣流負(fù)壓式吸盤）2、自由度數(shù)：3個(gè)自由度3、坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)4、最大工作半徑：1500mm5、手臂最大中心高：1380mm6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 升降行程   200mm升降速度   300mm/s回轉(zhuǎn)范圍    0° 180°回轉(zhuǎn)速度      90°7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍    0° 180°回轉(zhuǎn)速度  

27、60; 180°/s8、手指夾持范圍：棒料 : 80150mm片料 : 面 積不大于0.5m Z9、定位方式：行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等10、定位精度：士0.5mml1、緩沖方式：液壓緩沖器12、驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng)13、控制方式：點(diǎn)位程序控制第三章 輸送單元手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì)3.1輸送單元手臂伸縮氣缸方案一的設(shè)計(jì)為方便大規(guī)模生產(chǎn)需求以及采購(gòu)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)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(hào)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100/63MM. (1).在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=

28、31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng)。 則驅(qū)動(dòng)力：F=P×R2=0.4×106×3.14×0.03152=1246N（2）. 測(cè)定手腕質(zhì)量為5kg,設(shè)計(jì)加速度a=10(m/s)，則慣性力 F1=am =10×5=50N（3）.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)k=0.2Fm=k×F1 =50×0.2=10N 總受力F0=F1+Fm =50+10=60N F0<F 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求。3.2輸送單元手臂伸縮部分方案二的設(shè)計(jì)為使所設(shè)計(jì)的機(jī)械手擁有更高精度，同時(shí)便于安裝調(diào)試，現(xiàn)

29、設(shè)計(jì)手臂伸縮部分第二套方案。(1) 活塞桿上輸出力和缸徑的計(jì)算活塞左行時(shí)活塞桿產(chǎn)生推力F1,活塞右行時(shí)產(chǎn)生拉力F2。 F1=D2p÷4×FZ F2=(D2-d2)÷4×FZ 式中 F1-活塞桿的推力(N); F2-活塞桿的拉力(N); D-活塞直徑(m); d-活塞桿直徑(m); p-氣缸工作壓力(Pa); FZ -氣缸工作總阻力(N); 氣缸工作時(shí)的總阻力FZ與眾多因素有關(guān),如運(yùn)動(dòng)部件慣性力,背壓阻力,密封處摩擦力等.以上因素可以載荷率的形式計(jì)入公式,如要求氣缸的靜推力F1和靜拉力FZ,則計(jì)入載荷率后 計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特征.若氣缸動(dòng)態(tài)

30、參數(shù)要求較高;且工作頻率高,其載荷率一般取 ,速度高時(shí)取小值,速度低時(shí)取大值.若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般,且工作頻率低,基本是勻速運(yùn)動(dòng),其載荷率可取。根據(jù)要求本次設(shè)計(jì)中,我們?nèi)??；钊麠U拉力為克服機(jī)械手的自重（1.5KG）和克服抓取物的重量(0.5KG)所用的力為F2=(1.5+0.5)×10=20N可求得氣缸直徑D。當(dāng)推力作功時(shí) 活塞桿d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定。估定活塞桿直徑可按 d/D=0.20.3計(jì)算得 =85mm 式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。 以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 根據(jù)d/D=0.20.3可估算得 d=12cm（2）活塞桿的計(jì)算1）按強(qiáng)度條件

31、計(jì)算 當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)（L10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d 式中 F1-氣缸的推力（N）； 活塞桿材料的許用應(yīng)力(Pa), 材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）； S-安全系數(shù)，S1.4。按縱向彎曲極限力計(jì)算 氣缸承受軸向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力Fk以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。 當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí) Fk=n2EI/L2 當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí) 式中 L-活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度（m） K-活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑， 實(shí)心桿 空心桿 I-活塞桿橫截面慣性矩， 實(shí)心桿 I=d4/64 空心桿 I=(d4-d04)/64 d0-空心活塞桿內(nèi)

32、徑直徑（m）； A1-活塞桿截面積 實(shí)心桿 A1=d2/4 空心桿 A1=(d2- d02)/4 n-系數(shù)d02，見(jiàn)表3-3 E-材料彈性模量，對(duì)鋼取E=2.1×1011Pa f-材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=49×107Pa a-系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/50003.3.導(dǎo)向裝置氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。

33、 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(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。3.4 平衡裝置 在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。3.5 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖圖 4 為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)（排氣壓力大于0.4-0.6MPa）通過(guò)快換接頭進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)分水過(guò)濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動(dòng)作。 圖 4 機(jī)械

34、手氣壓傳動(dòng)原理圖序號(hào)型號(hào)規(guī)格名稱數(shù)量1QF-44氣動(dòng)截止閥12儲(chǔ)氣缸23QSL-26-S(1)分水濾氣器14QTY-20-S(1)減壓閥15QIU-20-S(1)油霧器16YJ-1壓力繼電器17Q(2)4DH-10-S(1)二位五通電磁換向閥18Q24D(2)H-10-S(1)二位五通電磁換向閥49Q24D(2)H-15-S(1)二位五通電磁換向閥110單向節(jié)流閥211LI-25單向節(jié)流閥212快速排氣閥213氣液轉(zhuǎn)換器1表3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(jiǎn)單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，

35、可以加快啟動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。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。由于手臂可自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來(lái)完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來(lái)調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。為簡(jiǎn)化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器。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。電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來(lái)確定的。第四章  結(jié)論1、 本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用機(jī)械手，相對(duì)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適

36、用面更廣。2、該機(jī)械手可以選擇配置普通的夾持手指，以抓取一般工件;也可更換噴射式氣流負(fù)壓吸盤，以吸附玻璃、墻地磚等板料及光盤、磁盤等薄型不透氣工件，使機(jī)械手的用途更多，使用范圍更廣。另外，該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件，也可供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)使用。3、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。4、機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。5

37、、如果該P(yáng)LC程序再和組態(tài)監(jiān)控軟件連接將能更形象的表達(dá)出機(jī)械手的實(shí)時(shí)工作過(guò)程，可達(dá)到操作遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的效果，讓操作人員遠(yuǎn)離惡劣的工作環(huán)境，但遺憾的是我們沒(méi)有做出組態(tài)的動(dòng)畫效果。 致 謝首先，我要感謝王老師對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我收益匪淺。在此，我首先向老師表示誠(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題研究中，王老師抽出寶貴的時(shí)間給予我指導(dǎo)，并給予了很多的建議，讓我知道了在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多方面考慮問(wèn)題。同時(shí)，在著三年日常生活和學(xué)習(xí)中，陜航學(xué)院的各位老師以及全體同學(xué)給予我的大力支持和幫助，在此，我向他們以及多年來(lái)為我的成長(zhǎng)付出辛勤勞動(dòng)的老師和同學(xué)表示忠心的感謝，感謝我的各位老師，感謝我的朋友。感謝陜航學(xué)院為我提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境。老師認(rèn)真、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，讓我在此次設(shè)計(jì)路上走的更為平坦，衷心的感謝老師，您辛苦了！ 同時(shí)，在大學(xué)三年里我學(xué)到了很多很多知識(shí)，都離不開(kāi)教導(dǎo)我的每一位老師，是他們辛勤的培養(yǎng)，使我受益匪淺，我深深