機械設計與制造專業(yè)氣動機械手設計說明

1、畢業(yè)設計（論文）題目：氣動機械手設計摘要在設計機械臂底座時，使用了兩個電機來提供動力。左側電機經諧波減速器減速后，由齒輪控制臂的轉動，右側電機為臂的彎曲動作提供動力。電機2也經過諧波減速器減速后，通過長軸將動力傳遞到底部的小齒輪，再由小齒輪與大齒輪嚙合，將動力傳遞給垂直錐齒輪，再將動力被傳送到垂直錐齒輪。通過錐齒輪之間的嚙合，將動力和運動傳遞給水平軸，從而通過鍵連接將動力傳遞給皮帶輪。這樣，皮帶輪以一定的速度連續(xù)旋轉，通過同步齒形帶將動力傳遞給臂節(jié)。在設計臂關節(jié)結構時，我們使用兩個同步齒形帶輪來傳遞動力，帶輪與軸和機械離合器的左半部分連接，使軸與離合器的左半部分連接旋轉。右半部是電磁制動器，制

2、動器的左半部與離合器的右半部連接，通過盤與上臂連接。這時，當電磁鐵通電時，制動器被拉入，此時離合器也被釋放。這樣，上臂就停在想要的位置。當電磁鐵失去動力時，由于彈簧力的作用，制動器被推開，同時離合器在彈簧力的作用下自動接合，機械臂恢復原來的運動。注意：機械臂的運動受到手部結構的限制。在手臂的運動到達結構位置之前，它必須自動停止。機械臂的機械位置由關節(jié)處離合齒上齒的突出部分決定。機械臂自動停在極限位置，完全靠離合齒上的凸部與滑塊的接觸來實現(xiàn)反向運轉的狀態(tài)。為了使離合器齒輪能夠順利脫開嚙合，離合器齒輪上凸部斜面的上升角arctg。只有滿足這個條件，離合齒凸部的斜面與滑塊滑動時才不會自鎖。這樣手臂可

3、以自動停止和反向動作！方案二本方案與方案一的不同之處在于臂節(jié)的結構設計。它的設計使中心軸不旋轉。相反，在正時皮帶輪上安裝兩個軸承。這樣皮帶輪可以在不影響軸的情況下自由轉動，離合器的左半邊加工在皮帶輪上，既減少了空間又提高了強度。其余與方案1相同。關鍵詞：機械臂；限位；嚙合;第一章前言1.1。工業(yè)機器人概述工業(yè)機器人由機械手（機械體） 、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置組成。生產設備。特別適用于多品種、多批次的柔性生產。對穩(wěn)定、提高產品質量、提高生產效率、改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代具有非常重要的作用。機器人技術是一門綜合計算機、控制論、機械學、信息與傳感技術、人工智能、仿生學等學科的高科

4、技。機器人的應用是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是簡單意義上的替代人類勞動，而是一種結合了人和機器能力的擬人化電子機械設備。從某種意義上說，它也是機器進化過程的產物。它是工業(yè)界和非工業(yè)界重要的生產和服務設計，也是先進制造技術領域不可缺少的工具。缺乏自動化設備。機械手是模仿人手的部分動作，按照給定的程序、軌跡自動抓取、搬運或操作并自動執(zhí)行的自動化機械裝置。工業(yè)生產中使用的機械手稱為“工業(yè)機械手”。機械手在生產中的應用，可以提高生產的自動化水平和勞動生產率：可以減輕勞動強度，保證產品質量，實現(xiàn)安全生產；特別是在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、爆炸、有毒氣體和放射性等惡劣環(huán)境中，代替人進

5、行正常工作，意義更為重大。因此在機械加工、沖壓、鑄造、鍛造、焊接、熱處理、電鍍、涂裝、裝配、輕工、運輸?shù)确矫娴膽迷絹碓綇V泛。機械手結構比較簡單，專業(yè)性強. ，只是機床的上下料裝置，是附在機床上的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，已經制成了一種“程控萬能機械手”，簡稱萬能機械手，可以根據程序控制獨立進行重復性操作，適用范圍廣。由于通用機械手能快速改變工序，適應性強，已廣泛應用于中小批量不斷變化的生產品種的生產中。1.2.機械手的組成及分類1.2.1.機械手主要由執(zhí)行器、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和位置檢測裝置組成。各系統(tǒng)之間的關系如圖2-1所示。機械手組成框圖：1-1(一)執(zhí)行機構包括手、手腕、手臂和柱

6、子等零件，以及一些額外的行走機構。1.手：也就是與物體接觸的部分。由于與物體接觸的形式不同，可分為抓手和吸附手。在本主題中，我們采用抓手結構。抓手由手指（或爪子）和傳力機構組成。手指是與物體直接接觸的部件。常用的手指動作有旋轉式和平移式。旋轉指結構簡單，制造容易，應用廣泛。平移式由于結構較復雜，使用較少，但平移式手指夾緊圓形零件時，工件直徑的變化不會影響軸的位置，因此適用于夾緊工件大的直徑變化。手指結構取決于被抓物體的表面形狀、被抓部分（輪廓或孔洞）以及物體的重量和大小。常用的手指形狀有扁平、 V形和彎曲的：手指包括外夾和支撐；索引包括兩指、多指和兩指。傳力機構通過手指產生夾持力，完成夾持和放

7、置物體的任務。最常用的傳力機構類型有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、螺母彈簧式和重力式。2.手腕：它是連接手和手臂的部分，可以用來調整被抓物體的方位（即姿勢）3.手臂：手臂是支撐被抓物、手和手腕的重要部位。手臂的作用是帶動手指抓取物體并按預定要求移動到指定位置。工業(yè)機械手的機械臂通常由驅動機械臂運動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、絲桿機構和凸輪機構等）與驅動源配合組成（如液壓、氣壓或馬達等）來實現(xiàn)手臂的各種運動。4.欄目：立柱是支撐手臂的部分，立柱也可以是手臂的一部分。手臂的旋轉運動和提升（或俯仰）運動與立柱密切相關。機械手的支架有時因工作需要可以橫向移動，稱為

8、活動支架。5 、行走機構：當工業(yè)機械手需要完成遠距離作業(yè)或擴大使用面積時，可在機座上安裝滾輪式行走機構，分滾輪、導軌等行走機構，實現(xiàn)整機運動的工業(yè)機械手。滾筒布有有軌和無軌兩種。對于驅動輥的運動，應加裝機械傳動裝置。6 、機座：機座是機械手的基礎部分，機械手的執(zhí)行機構和驅動系統(tǒng)的各個部件都安裝在機座上，起到支撐和連接的作用。( 2 )驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)由動力裝置調整裝置和驅動工業(yè)機械手執(zhí)行器運動的輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣動傳動和機械傳動?？刂葡到y(tǒng)是按規(guī)定要求控制工業(yè)機械手運動的系統(tǒng)。目前，工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機械停止定位）系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電控

9、和射流控制兩種，按規(guī)定程序控制機械手運動。并記憶給予機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度和時間） ，同時根據其控制系統(tǒng)的信息向執(zhí)行器發(fā)出指令，監(jiān)控機械手的運動情況如有必要。發(fā)生故障時發(fā)出報警信號。( 2 )控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是按規(guī)定要求控制工業(yè)機械手運動的系統(tǒng)。目前，工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機械停止定位）系統(tǒng)組成。有兩種控制系統(tǒng)：電氣控制和噴射控制。它按照指定的程序控制機械手的運動，并記憶給機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度和時間） ，同時按照規(guī)定的程序控制系統(tǒng)。機械手的信息。向執(zhí)行器致指令，必要時監(jiān)控機械手的動作，當動作出錯或發(fā)生故障時發(fā)出

10、報警信號。1.2.2.機械手的分類工業(yè)機械手有很多種。關于分類問題，目前國內還沒有統(tǒng)一的分類標準。這里暫時按照使用范圍、驅動方式和控制系統(tǒng)進行分類。（一）按目的機械手可分為專用機械手和通用機械手：1 、專用機械手它是一種附在主機上的機械裝置，有固定的程序，沒有獨立的控制系統(tǒng)。該專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠、成本低廉的特點。2.萬能機械手是一種控制系統(tǒng)獨立、程序可變、動作靈活多樣的機械手。在表演領域，它的動作程序是可變的，可以通過調整在不同的場合使用，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手工作面積大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變化生產品種的中小批量自動化生產。通用

11、機械手根據控制和定位方式的不同可分為簡易型和伺服型兩種。連續(xù)控制，伺服型有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般伺服型萬能機械手屬于數(shù)控型。( 2 )按驅動方式分1 、液壓傳動機械手它是一種通過液壓驅動執(zhí)行器運動的機械手。其主要特點是：抓取重量可達數(shù)百公斤以上，傳動平穩(wěn)，結構緊湊，動作靈敏。但是對密封裝置的要求比較嚴格，否則漏油會對機械手的工作性能產生很大的影響，不適合在高溫和低溫下工作。如果機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，擴大機械手的通用性，但電液伺服閥制造精度高，對油液過濾要求嚴格，成本高。2.氣動傳動機械手它是通過壓縮空氣的壓力驅動執(zhí)行器運動的機械手。其主要特點是：介質來源極為方便

12、，輸出力小，氣動動作快，結構簡單，成本低。但由于空氣的可壓縮特性，工作速度穩(wěn)定性差，沖擊大，氣源壓力低，抓重一般30公斤3.機械傳動機械手即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪齒條、間歇機構等）驅動的機械手。它是附在工作主機上的專用機械手，其動力由工作機傳遞。其主要特點是動作準確可靠，用于工作主機的裝卸。動作頻率大，但結構大，動作程序不可變。4.電驅動機械手即采用感應電機、直線電機或功率步進電機等特殊結構的機械手直接驅動執(zhí)行器的運動，因為它不需要中間轉換機構，所以機械結構簡單。其中直線電機機械手運動速度快，行程長，易于維護和使用。目前這樣的操縱者不多，但有未來。( 3 )按控制方式1.點控制它的

13、運動是在空間中從一個點到另一個點的運動，在運動過程中它只能控制幾個點的位置，而不能控制它的運動軌跡。如果要控制的點數(shù)較多，必然會增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。今天使用的專用和通用工業(yè)機器人都屬于這一類。2.連續(xù)跟蹤控制其運動軌跡是空間上任意連續(xù)曲線，其特點是設定點無限大，整個運動過程受控，可以實現(xiàn)平穩(wěn)準確的運動，應用廣泛，但電氣控制系統(tǒng)為復雜的。這類工業(yè)機械手一般由小型計算機控制。第二章機械手設計氣動機械手的基本要求是能夠快速準確地拾取、放置和運輸物體，這就要求其具有高精度、快速響應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度，并且可以在任意位置自動進行位置。氣動機械手的設計原則是：充分分析操作

14、對象（工件）的操作技術要求，制定最合理的操作程序和流程，滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確工件的結構、形狀和材料特性、定位精度要求、抓取和搬運的受力特性、尺寸和質量參數(shù)，從而進一步確定機械手的結構和操作控制要求；盡量選擇形狀的標準元件，簡化設計和制造過程，兼顧通用性和特殊性，可以實現(xiàn)靈活的轉換和編程控制。本次設計的機械手為通用型氣動上下料機械手，是一種適用于批量或中小批量生產并可以改變動作程序的自動搬運或操作設備。勞動強度大，操作單調。頻繁的生產場合。也可用于操作環(huán)境惡劣的生產場合。2.1 .機械手的坐標類型和自由度根據機械臂及其組合運動形式的不同，其坐標類型可分為笛卡爾坐標型、圓柱坐標型、球面

15、坐標型和關節(jié)型。由于機械手的手臂在裝卸時有升降、收縮和旋轉運動，因此采用圓柱坐標式。對應的機械手具有三個自由度。為了彌補升降動作小的缺點，增加了擺臂機構，增加了擺臂上下擺動的自由度。圖2-1機械手運動示意圖2.2 .機械手手部結構設計為了使機械手更加通用，機械手的手部結構設計為可更換結構。工件為棒材時，采用夾手；當工件為片材時，采用氣流負壓吸盤。2.3 .機械手腕部結構設計考慮到機械手的通用性，又因為要抓取的工件是水平放置的，所以必須給手腕提供旋轉運動，才能滿足工作的要求。因此，將手腕設計為旋轉結構，實現(xiàn)手腕旋轉運動的機構為旋轉圓柱體。2.4 .機械手手臂結構設計根據抓取工件的要求，該機械手的

16、手臂具有三個自由度，即手臂的伸展、左右旋轉和下降（或俯仰）運動。臂的轉動和升降是由立柱實現(xiàn)的，立柱的橫向運動就是臂的橫向運動。手臂的各種運動由氣缸實現(xiàn)。2.5 .機械手的驅動方案設計由于氣動傳動系統(tǒng)動作快、響應靈敏、阻力損失和泄漏小、成本低，因此機械手采用氣動傳動。2.6 .機械手控制方案設計考慮到機械手的通用性和點控的使用，我們采用可編程邏輯控制器（PLC）來控制機械手。當機械手的動作流程發(fā)生變化時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。2.7 .機械手主要參數(shù)1 、機械手的最大抓取重量是其規(guī)格的主要參數(shù)。由于采用氣動方式驅動，所以要抓取的物體不宜過重。檢查相關機械手的設計參數(shù)，并結合工

17、業(yè)生產的實際情況。所取工件的質量為 5 kg2 、基本參數(shù) 運動速度是機械手的主要基本參數(shù)。操作節(jié)奏對機械手的速度提出了要求，設計速度過低限制了其使用范圍。影響機械手速度的主要因素是手臂伸展和旋轉的速度。機械手的最大移動速度設計為。最大揮桿速度設計為。平均移動速度為。平均轉彎速度為。機械手運動時，在啟停過程中有加速和減速。用速度-行程曲線來描述速度特性更為全面。因為平均速度與行程有關，所以用平均速度來表示速度更符合速度特性。除運動速度外，手臂設計的基本參數(shù)是伸縮行程和工作半徑。大多數(shù)機械手被設計成相當于一個人坐著或站著，有一點步行空間。過大的伸縮行程和工作半徑必然會增加加重力矩，降低剛度。在這

18、種情況下，最好使用自動變速器裝置。經統(tǒng)計比較，確定機械臂伸縮行程為600mm，最大工作半徑約為。手臂提升行程設定為。定位精度也是基本參數(shù)之一。機械手的定位精度為。2.8 .機械手技術參數(shù)一覽表1.使用：用于自動輸送線的裝卸。2、設計技術參數(shù)：1 、把握重量：2.自由度數(shù)： 4個自由度3.坐標類型：圓柱坐標4 、最大工作半徑：5 、手臂最大中心高度：6.手臂運動參數(shù)：伸縮行程伸縮速度起升行程起升速度擺動圈擺動速度7.手腕運動參數(shù)：回轉周長擺動速度8.手指握圍：棒材：9、定位方式：行程開關或可調機械擋塊等。10 、定位精度：1 1.驅動方式：氣動傳動1 2.控制方式：機械臂剖面圖 圖2- 6第三章

19、手部結構設計為了使機械手更加通用，機械手的手部結構設計為可更換結構。工件為棒材時，采用夾手：如有實際需要，也可換成氣動吸盤結構。3.1夾持手結構抓手結構由手指（或抓手）和傳力機構組成。傳力結構的類型很多，如斜槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。3.1.1手指形狀及分類夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手兩指式：根據手指夾持工件的部位，可分為兩種：夾式（或膨脹式）和外夾式。類型：手指按模仿人手的手指動作可分為支點旋轉式、兩支點旋轉式和移動式（或直行式） ，其中兩支點旋轉式是基本型。當兩支點旋轉式手指的兩個樞軸點之間的距離減小到無窮大時，它就變成了一個樞軸式手指；同樣

20、，當兩支點旋轉型手指的長度變?yōu)闊o限大時，它就變成了移動型。 .該旋轉指開閉角度小，結構簡單，制造容易，應用廣泛。移動式應用較少，結構相對復雜，體積龐大。移動式手指夾持不同直徑零件時，不影響其軸心位置，能適應不同直徑的工件。3.1.2設計時要考慮的幾個問題( 1 )有足夠的抓握力(即夾緊力)在確定手指的握力時，除了工件的重量外，還應考慮傳動或操作過程中產生的慣性力和振動，以確保工件不會松動或脫落。( 2 )手指間應有一定的開合角度兩指開合的兩個極端位置之間的夾角稱為指開合角。手指的開合角度應保證工件能順利進入或脫離。如果夾持不同直徑的工件，應考慮直徑最大的工件。對于移動手指，只需要開合范圍即可。

21、( 3 )保證工件的準確定位為了保持手指與被夾持工件的準確相對位置，必須根據要抓取的工件形狀選擇相應的手指形狀。例如，圓柱形工件使用帶有“ V ”形面的手指進行自定心。( 4 )有足夠的強度和剛度手指除了受到夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中產生的慣性力和振動的影響。需要足夠的強度和剛度來防止斷裂或彎曲變形。結構應盡可能簡單緊湊。 ，重量輕，并使手的中心在手腕的旋轉軸上，從而最大限度地減少手腕的扭轉力矩。( 5 )考慮抓取物體的要求根據機械手的工作需要，相比較而言，我們使用的機械手的手部結構是支點兩指旋轉式。由于工件多為圓柱形，因此手指的形狀設計為V形，其結構見附圖。3.1.3手動

22、夾緊油缸的設計1.手驅動力的計算本課題氣動機械手的手部結構如圖3-2所示。圖3-2齒條和小齒輪手其工件重量G= 5公斤V形指, ,摩擦系數(shù)為(1)根據手部結構的傳動示意圖，其驅動力為：(2)根據手指夾持工件的方位，可得到夾持力的計算公式：所以(3)實際驅動力：我，因為傳力機構是由齒條和小齒輪驅動的，所以一起拿來拿。如果要抓取的工件的最大負載采取速度，然后：所以因此，夾持工件所需的夾持氣缸的驅動力為。2 、筒體直徑該氣缸是單向作用氣缸。根據力平衡原理，單向作用缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力。公式是：其中： -活塞桿上的推力， N- 彈簧反作用力， N- 氣缸工作

23、時的總阻力，N- 氣缸工作壓力， Pa彈簧反作用力計算如下：=其中： - 彈簧剛度， N/m- 彈簧預壓， m- 活塞行程，米- 彈簧絲直徑， m- 彈簧平均直徑， 。- 彈簧的有效圈數(shù)。- 彈簧材料的剪切模量，一般取在設計中，必須考慮負載率的影響，則：單向作用氣缸的直徑由上述分析得出：代入相關數(shù)據得到所以：查看相關手冊進行四舍五入并獲得從, 可以得到活塞桿的直徑：，根據公式檢查活塞桿的直徑有：其中， ，然后：滿足實際設計要求。3、氣缸壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定的厚度。一般筒體壁厚與直徑之比小于等于1/10 ，其壁厚可按薄壁筒體公式計算：式中：6氣缸壁厚，mm-缸徑，毫米-

24、 實驗壓力，采取，Pa材質：ZL3, =3MPa代入已知數(shù)據，壁厚為：取，圓柱的外徑為：第四章手腕結構設計考慮到機械手的通用性，又因為要抓取的工件是水平放置的，所以必須給手腕提供旋轉運動，才能滿足工作的要求。因此，將手腕設計為旋轉結構，實現(xiàn)手腕旋轉運動的機構為旋轉圓柱體。手腕的自由度手腕是連接手和手臂的部分。它的作用是調整或改變工件的方位，因此具有獨立的自由度，使機械手適應復雜的運動要求。手腕自由度的選擇與機械手的通用性、加工工藝要求、工件的位置和定位精度等諸多因素有關。由于該機械手所抓取的工件是水平放置的，考慮到通用性，只能將手腕設置為繞x軸旋轉，以滿足工作的要求。 )氣缸，所以我們選擇旋轉

25、氣缸。它結構緊湊，但旋轉角度較小，需要更緊密的密封。4.2手腕驅動力矩的計算4.2.1手腕旋轉所需的驅動扭矩手腕的轉動、上下左右擺動都是旋轉運動。驅動手腕轉動時的驅動力矩必須克服手腕啟動時產生的慣性力矩、手腕轉軸與支撐孔、動板與缸徑、固定位置之間的摩擦阻力力矩。密封裝置在板、端蓋等處的摩擦阻力矩是由于轉動件中心與轉動軸線不對中而產生的部分重力力矩。圖4-1為腕力示意圖。1.工件2.手3.手腕圖4-1手碗轉動時的受力狀態(tài)手腕轉動所需的驅動扭矩可計算如下：其中： - 驅動手腕旋轉的驅動扭矩( )；慣性（ ） ；-偏心時刻( ) 。; - 手腕回轉缸活動件與固定件、缸膛、端蓋等密封裝置之間的摩擦阻力

26、。時刻( );基于腕力計算各阻力矩的分析如圖4-1所示：1.手腕加速時產生的轉動慣量如果手腕的啟動過程以恒定加速度運動，則手腕轉動時的角速度為 ，啟動過程所用的時間為，則：其中： - 手腕轉動中涉及的部件繞轉動軸的轉動慣量；- 工件繞手腕旋轉軸的轉動慣量。如果工件的中心與旋轉軸不重合，則其轉動慣量為：其中： - 工件繞通過重心的軸的轉動慣量：工件重量（N）；- 工件重心到旋轉軸的偏心距離（cm），（弧度/s）手腕轉動時；- 啟動過程所需的時間（ s ）；啟動過程旋轉的角度（弧度） 。、手腕轉動部分與工件在轉動軸上的偏重產生的偏重力矩M為+ ( )式中： 手腕轉動部分的重量（N）；- 手腕轉動部

27、分重心到轉動軸的偏心距離（ cm）當工件重心與手腕轉動軸重合時，則。3 、腕部轉軸在軸頸處的摩擦阻力力矩( )式中： , 轉軸的軸頸直徑（cm）；- 摩擦系數(shù)，用于滾動軸承，用于滑動軸承；, - 在 - 處的支撐反作用力(N)可根據腕部旋轉軸的受力分析求解，根據，得到：同樣，根據(F) ，我們得到：其中： - 重量（N）, 長度尺寸（cm）如圖4-1所示。4、回轉缸動盤與缸膛、定盤、端蓋等密封裝置的摩擦阻力矩M密封與選用的密封裝置類型有關，應根據具體情況。4.2.2回轉缸驅動力矩的計算手腕部旋轉運動中使用的旋轉氣缸為單葉片旋轉氣缸。其原理如圖4-2所示。動板密封圈4將氣腔一分為二。當壓縮氣體從

28、a孔進入時，推動輸出軸逆時針旋轉4 ，低壓腔內的氣體從b孔排出。相反，輸出軸順時針旋轉。單葉片氣缸壓力P與驅動扭矩M的關系為：， 或者第五章臂伸縮、升降、回轉油缸的尺寸設計與校核5.1 臂式伸縮油缸尺寸設計及校核5.1.1臂式伸縮油缸尺寸設計臂伸縮油缸采用標準油缸。請參考各種型號的結構特點和尺寸參數(shù)。結合本次設計的實際要求，氣缸為CTA型氣缸。尺寸系列的初始直徑為100/63：5.1.2尺寸檢查1、檢查尺寸時，只需檢查圓柱直徑= 63mm，半徑R = 的圓柱尺寸是否31.5mm滿足使用要求，設計使用壓力，然后是驅動力：確定手腕的質量50kg，設計加速度，慣性力2.考慮活塞的摩擦力等，設定摩擦系

29、數(shù)，總兵力因此，標準CTA氣缸的尺寸滿足實際驅動力要求。5.1.3.導向裝置氣動驅動機械臂在進行伸縮運動時，為了防止臂繞軸轉動，保證手指方向正確，防止活塞桿受到較大彎矩的影響，以增加剛性手臂，在設計手臂結構時，應該使用指南。具體安裝形式應根據設計的具體結構和被抓物體的重量來確定。同時，在結構設計和布局上應盡量減少運動部件的重量和對轉動中心的慣性。目前常用的導桿裝置有單導桿、雙導桿、四導桿等。本設計中采用單導桿來增加臂的剛性和導向。5.1.4平衡裝置在本設計中，為了使手臂的兩端盡可能接近重力力矩平衡狀態(tài)，減少重力力矩對手抓一側性能的影響，在臂架上安裝了平衡裝置。側臂伸縮油缸，裝置裝有砝碼和砝碼。

30、擋塊的質量根據被抓物的重量和氣缸的運行參數(shù)進行調整，使兩端盡可能接近平衡。臂舉油缸的尺寸設計與校核5.2.1尺寸設計氣缸運行長度設計為= 118mm，氣缸直徑為= 110mm，半徑 R= 55mm，氣缸運行速度，加速時間= 0.1s，壓力 p = 0.4MPa，則驅動力5.2.2尺寸檢查1. 確定手腕的質量是80kg，然后是重力設計 加速度, 慣性 力考慮活塞的摩擦力等，設定摩擦系數(shù)，總兵力因此，設計尺寸符合實際使用要求。5.3 臂回轉缸的尺寸設計與校核5.3.1尺寸設計氣缸長度設計為，氣缸直徑為，半徑R= 105mm，軸徑半徑，氣缸運行角速度= ，加速時間為0.5s，壓力，那么扭矩：5.3.

31、2尺寸檢查1.測量手臂旋轉所涉及的零件質量，分析零件的質量分布，質量密度等價地分布在一個半徑的圓盤上，則轉動慣量：( )考慮軸承與油封之間的摩擦，設定摩擦系數(shù)，總驅動扭矩設計尺寸滿足使用要求。第6章機械手PLC控制設計考慮到機械手的通用性和點控制的使用，我們使用可編程邏輯控制器（PLC）來控制機械手。當機械手的動作過程發(fā)生變化時，只需更改PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷?？删幊炭刂破鞯倪x型及工作流程6.1.1目前，世界上可編程邏輯控制器的生產廠家眾多，如日本三菱公司的F系列PC、德國西門子的SIMATIC N5系列PC 、日本歐姆龍的C型和P型PC等。 (立石)株式會社。考慮到該機械手的輸入輸

32、出點不多，工作流程比較簡單，并且考慮到制造成本，本設計選用了OMRON公司的C28P可編程邏輯控制器。6.1.2可編程控制器通過執(zhí)行用戶程序來完成各種控制任務。為此，使用了循環(huán)掃描方法。具體工作過程可分為4個階段。第一階段是初始化過程。可編程控制器的輸入端不直接與上位機相連， CPU對輸入輸出狀態(tài)的查詢是針對輸入輸出狀態(tài)寄存器的。 I/O 狀態(tài)寄存器也稱為I/0狀態(tài)表。該表是專門用于存儲 I/O 狀態(tài)信息的存儲區(qū)域。存儲輸入狀態(tài)信息的存儲器稱為輸入狀態(tài)寄存器；存儲輸出狀態(tài)信息的存儲器稱為輸出狀態(tài)寄存器。開機時， CPU首先清空I/0狀態(tài)表，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常時，進入下一階段。

33、第二階段是輸入信號的處理階段。在處理輸入信號階段， CPU對輸入狀態(tài)進行掃描，將得到的各個輸入端的狀態(tài)信息致到I/O狀態(tài)表中存儲。在同一個掃描周期內，每個輸入點的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中保持不變，不會受到每個輸入端信號變化的影響，所以運算結果不會混淆，正確執(zhí)行在這個周期的用戶程序是有保證的。第三階段是程序處理階段。當所有輸入狀態(tài)信息進入I/0狀態(tài)表時， CPU工作進入第三階段。在這個階段，可編程控制器依次掃描用戶程序，根據每個I/0狀態(tài)及相關指令進行運算處理，最后將結果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)臨時寄存器。第四階段是輸出處理階段。段CPU完成對用戶程序的掃描處理，將運算結果寫入I/0狀態(tài)表狀態(tài)臨時

34、寄存器。此時，輸入信號從輸出狀態(tài)寄存器中取出，送入輸出鎖存電路，驅動輸出繼電器線圈，控制受控設備執(zhí)行各種相應動作。然后， CPU返回執(zhí)行下一個周期的掃描周期。6.2機器人可編程控制器控制方案第7章結論1 、本次設計氣動通用機械手。與專用機械手相比，一般機械手的自由度為控制程度可變，控制程序可調，應用范圍更廣。2、采用氣動傳動，動作迅速，反應靈敏，可實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。對工作環(huán)境具有良好的適應性，不會因環(huán)境的變化而影響傳動和控制性能。減少阻力損失和泄漏，不會污染環(huán)境。同時成本低。3、通過氣動傳動系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪圖，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時間，避免了不必要的重復勞動，同時實

35、現(xiàn)了圖紙的統(tǒng)一。4、機械手采用PLC控制，具有可靠性高、程序變更靈活等優(yōu)點。PLC程序可實現(xiàn)行程時間控制或行程控制或混合控制?？梢愿鶕C械手的動作順序修改程序，使機械手更加通用。參考資料： 1 建民.工業(yè)機器人。：理工大學，2007 2 蔡子興機器人技術的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略。機器人學，2003 3 金茂清，曲仲平，桂華國外工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀分析。機器人技術與應用，2005 4 王雄耀現(xiàn)代氣動機器人（氣動機械手）的開發(fā)與應用。液壓氣動和密封，2004 5 閆學高，孟正達機器人原理：東南大學，2003 6 機械設計師手冊：機械工業(yè)，2006 7 黃希凱，文偉。機械原理：人民教育，20068 程大賢機械設計圖集：化學工業(yè) 9洪盛氣動傳動與控制：機械工業(yè)，2007 10吳振順氣動傳動與控制.:科技大學, 2004 11 徐永生.氣動傳動。：機械工業(yè)，2002 12傅祥志，機械原理（第二版），華中科技大學，2000.10 13吳昌林等，機械設計（第二版） ，：華中科技大學，2001.214 徐剛濤等，機械設計基礎，：高等教育，2008.5至