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1、浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計說明書機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目 注塑機(jī)專用機(jī)械手的設(shè)計注塑機(jī)專用機(jī)械手的設(shè)計 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號號 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 王圣英王圣英 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 年年 級級 2013 級 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 摘要 注塑機(jī)專用機(jī)械手是能夠模仿人體上肢及上下手臂手腕手部的部分功能，可以對其進(jìn)行 自動控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機(jī)機(jī) 械手是為注塑生產(chǎn)自動化專門配備的機(jī)械，它可以在減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件和 安全生產(chǎn)、提高注塑成型機(jī)

2、的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng) 企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。 文中首先總結(jié)了注塑機(jī)機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了其發(fā)展前景及方向，確定了機(jī)械 手的研究類型與機(jī)械設(shè)計方案。本文的重點是斜臂式注塑機(jī)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，電氣控 制部分除控制原理外暫不做設(shè)計。 由于注塑機(jī)專用機(jī)械手能夠大幅度的提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，能夠穩(wěn)定和提高注 塑產(chǎn)品的質(zhì)量，避免因人為操作失誤而造成的損失。因此，注塑機(jī)械手在注塑生產(chǎn)中的作用 變得越來越重要。目前國內(nèi)的機(jī)械手類型比較簡單，且大都用于取件。隨著注塑成型工業(yè)的 發(fā)展，以后將越來越多的機(jī)械手用于上料、混合、自動裝卸模具、回收廢料等

3、各個工序上， 而且朝著智能化方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；驅(qū)動系統(tǒng)；氣動；AutoCAD 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 目錄 1 引言1 2 注塑機(jī)機(jī)械手的總體設(shè)計方案 .3 2.1 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計分析 3 2.1.1 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計內(nèi)容 3 2.1.2 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計要求 3 2.2 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計方案 3 2.2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 3 2.2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計4 2.2.3 機(jī)械手手腕部分方案設(shè)計4 2.2.4 機(jī)械手副臂部分方案設(shè)計 5 2.2.5 機(jī)械手主臂部分方案設(shè)計 5 2.2.6 機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 5 2.2.7 機(jī)械手的控制方

4、案設(shè)計 5 2.2.8 機(jī)械手的定位方案設(shè)計 5 2.2.9 機(jī)械手的主要參數(shù) 5 2.2.10 機(jī)械手運(yùn)動系統(tǒng)分析 .6 3 注塑機(jī)機(jī)械手的組成部分 .9 3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.1.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 9 3.1.2 氣動驅(qū)動力計算 .10 3.2 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 .11 3.2.1 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 .11 3.2.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算 .11 3.3 副臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 .12 3.3.1 副臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 .12 3.3.2 副臂氣缸選用以及驅(qū)動力矩計算 .15 3.4 手腕與副臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 .17 3.4.1 副臂氣缸連接形式選用 .17 3.4.2 手腕與

5、副臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 .18 3.5 主臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 .19 3.5.1 主臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 .19 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3.5.2 主臂氣缸選用以及驅(qū)動力矩計算 .20 3.6 主副臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 .21 3.6.1 主臂氣缸連接形式選用 .21 3.6.2 副臂與主臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 .22 3.7 機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計 .22 3.7.1 機(jī)身的整體設(shè)計與三維建模 .22 3.7.2 機(jī)身與主臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 .24 3.7.3 機(jī)身氣缸選用以及驅(qū)動力矩計算 .25 4 結(jié) 論 .28 5 致 謝 .29 6 參考文獻(xiàn).30 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 0 頁 共 3

6、0 頁 1 1 引言引言 工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制 造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的 學(xué)科機(jī)械手工程。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。 隨著工 業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的 “程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。 機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、 搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞 動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(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

7、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)等方面得到越來越廣泛的引用 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。 各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖1.1所示。 圖 1.1 機(jī)械手組成關(guān)系圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和機(jī)身等部件。手部:即與物件接觸的部件。 由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手，在本課題中我采用夾持 式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手腕:是連接手部 和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位。手臂:手臂是支承被抓物件、 手

8、部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，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)動手臂運(yùn)動的部件(如氣缸、連桿 機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實 現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動。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)動和升降(或俯仰)運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)座:機(jī)座是機(jī)械 手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐 和連接的作用。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 1 頁 共 30 頁 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 常用的驅(qū)

9、動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機(jī)械傳動。 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)動的系統(tǒng)。目前工業(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，并記憶人們給予機(jī)械 手的指令信息(如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信 息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生 故障時即發(fā)出報警信號。 位置檢測裝置是控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際位置反 饋給控制系統(tǒng)。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 30 頁 2 注塑機(jī)機(jī)

10、械手的總體設(shè)計方案注塑機(jī)機(jī)械手的總體設(shè)計方案 （本設(shè)計主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計。在本章中對機(jī)械手的坐標(biāo)形 式、自由度、驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了確定。） 本文設(shè)計的機(jī)械手主要用于注塑機(jī)生產(chǎn)流水線，因此需要配套的機(jī)械手能夠?qū)?現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地拾-放零件，這就要求它們具有很高精度、并且能夠快速反應(yīng)、能夠 耐熱、有一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意位置都能自 動定位等特性。設(shè)計氣動機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(注塑件)的作業(yè)技術(shù)要 求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并且滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的 結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)

11、等，從而進(jìn)一步確定對機(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 化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并且能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計 的機(jī)械手是注塑機(jī)專用氣動取料機(jī)械手，是一種適合于成批或中批生產(chǎn)的、可以改 變動作程序的自動搬運(yùn)或操作設(shè)備，操作單調(diào)頻繁反復(fù)的生產(chǎn)場合。也可用于操作 環(huán)境惡劣的生產(chǎn)場合。 2.1 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計分析 2.1.12.1.1 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計內(nèi)容注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計要完成以下內(nèi)容： 1、擬定整體方案，特別是機(jī)械本體的各零件有機(jī)結(jié)合的設(shè)計方案。 2、設(shè)計出機(jī)械手的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括手部、手臂、機(jī)身等部件的設(shè)計。 3、各部件的設(shè)計計算。 4

12、、傳動系統(tǒng)的選擇與設(shè)定，包括氣動原件的選取，氣動回路的設(shè)計。 2.1.22.1.2 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計要求注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計要求 于專用于注塑機(jī)的機(jī)械手，需要結(jié)合注塑機(jī)的工作原理、注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)、特性、 注塑件的形狀質(zhì)量等方面綜合考慮進(jìn)行設(shè)計；對于機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要其完整、 合理、美觀。 2.2 注塑機(jī)機(jī)械手的設(shè)計方案 2.2.12.2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動形式及其組合情況，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。由于本機(jī)械手在取件放件時手臂具有升降、回轉(zhuǎn)、 收縮及平移運(yùn)動，因此，采用圓柱坐標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有四個自由度，為了 彌補(bǔ)升降運(yùn)動

13、行程較小的缺點，增加手臂擺動機(jī)構(gòu)，從而增加一個手臂左右擺動的 自由度。如圖2.1所示。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 3 頁 共 30 頁 圖2.1 機(jī)械手的運(yùn)動示意圖 2.2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 為了能夠使機(jī)械手的通用性更強(qiáng),滿足夾持不同尺寸和形狀的工作要求，本設(shè) 計把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可以更換結(jié)構(gòu)。就是可以用夾持式手指來夾取工件， 又可以負(fù)壓式吸盤來吸取工件，但在一般情況下都采用的是夾持式手部，本文設(shè)計 所選用的為市場上最為常見的水口夾。如圖2.2所示 圖2.2 機(jī)械夾頭 2.2.3 機(jī)械手手腕部分方案設(shè)計 設(shè)計手腕時考慮到機(jī)械手的通用性，以及由于被抓取工件是水

14、平放置，因此手 腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動才能夠滿足工作的要求。因此，本設(shè)計將手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 也就是爪旋機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)為小型回轉(zhuǎn)氣缸。如圖2.3所示： 圖2.3 回轉(zhuǎn)氣缸 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 30 頁 2.2.4機(jī)械手副臂部分方案設(shè)計 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的主副臂有三個自由度，即手臂的前后移動、 左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動。手臂的前后移動和升降運(yùn)動是通過滑動導(dǎo)軌來實現(xiàn)的，手臂 的回轉(zhuǎn)通過曲柄機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。不過手臂三個自由度的運(yùn)動均由氣缸來實現(xiàn)。手臂結(jié) 構(gòu)如圖2.4所示。 圖2.4 主副臂結(jié)構(gòu)原理圖 2.2.5機(jī)械手主臂部分方案設(shè)計 主臂的主要自由度是

15、臂身的回轉(zhuǎn)和副臂與主臂之前的前后相對移動。臂身回轉(zhuǎn) 運(yùn)動通過氣缸驅(qū)動曲柄帶動主臂從而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 2.2.6機(jī)械手的驅(qū)動方案設(shè)計 本文設(shè)計的機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的選用主要從驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及其工作特性兩方 面考慮，為了簡化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計難度，故本設(shè)計選用氣壓傳動系統(tǒng)。氣動系統(tǒng) 有反應(yīng)迅速、動作靈敏、在運(yùn)行過程中很清潔、介質(zhì)（空氣）具有較大的壓縮比、 有較好的保護(hù)作用等優(yōu)點。另外由于近些年隨著氣動元器件進(jìn)步較快，標(biāo)準(zhǔn)化日益 普及、可靠性越來越強(qiáng)，氣動系統(tǒng)的采購與安裝均較便利。 2.2.7 機(jī)械手的控制方案設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機(jī)械手進(jìn)

16、行控制。當(dāng)機(jī)械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)， 非常方便快捷。另外為了滿足工作需求，機(jī)械手將設(shè)置手動工作方式和自動控制方 式。（本文在PLC控制線路結(jié)構(gòu)方面不做設(shè)計，只介紹控制原理） 2.2.8 機(jī)械手的定位方案設(shè)計 定位方法有點位控制或連續(xù)軌跡控制方式，本設(shè)計采用點位控制方式。 2.2.9 機(jī)械手的主要參數(shù) 機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動方式驅(qū)動，因此考慮抓 取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機(jī)械手的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合注塑機(jī)生產(chǎn)的實際情況， 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 30 頁 本設(shè)計設(shè)計抓取的工件質(zhì)量為3Kg。 基本參數(shù)運(yùn)動速度是機(jī)械手主

17、要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機(jī)械手速度提出了要 求，設(shè)計速度過低限制了它的使用范圍。總體速度根據(jù)注塑機(jī)在實際生產(chǎn)中注塑出 模的速度來確定。而影響機(jī)械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該 機(jī)械手最大移動速度設(shè)計為200mm/s 。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為60/s 。平均移動速度 為200m/s 。平均回轉(zhuǎn)速度為60/s 。機(jī)械手動作時有啟動、停止過程的加、減速 度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較全面，因為平均速度與行程有關(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)動速度以外，手臂設(shè)計的基 本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略 有走動操作的空間

18、。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降 低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機(jī)械手手臂的伸 縮行程定為400mm,最大工作半徑約1000mm。手臂升降行程定為800mm。定位精度也是 基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為 。詳細(xì)設(shè)計參數(shù)如下：mm1 （1）機(jī)械手各動作最大行程： 機(jī)械手手指的最大夾取角度為 60度； 機(jī)械手手腕最大旋轉(zhuǎn)角度為 90度； 械手手臂的伸縮（升降）最大行程為 800mm； 機(jī)械手手臂最大擺動角度為 90度； 機(jī)械手手臂最大平移行程為 400mm （2）機(jī)械手各運(yùn)動速度： 手指夾緊速度 40/s 平均回轉(zhuǎn)速度 60/s 手腕回轉(zhuǎn)速度

19、 60/s 手臂平均移動速度 400mm/s 手臂平均升降速度 400mm/s （所有設(shè)計參數(shù)均參照現(xiàn)市場已有的注塑機(jī)斜臂式機(jī)械手的主要參數(shù)） 2.2.10 機(jī)械手運(yùn)動系統(tǒng)分析 一機(jī)械手結(jié)構(gòu)構(gòu)成三維圖2.5及二維圖紙2.6如下所示 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 30 頁 圖2.5 注塑機(jī)斜臂式單臂機(jī)械手結(jié)構(gòu)構(gòu)成三維圖 圖2.6 注塑機(jī)斜臂式單臂機(jī)械手結(jié)構(gòu)構(gòu)成二維圖 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 30 頁 二運(yùn)動過程分析 機(jī)械手完成一次夾持動作有以下運(yùn)動： 1.副臂在主臂上往前平移，靠近工件，至工件正上方； 2.手夾從原點在機(jī)械手副臂上做下降運(yùn)

20、動；夾持工件； 3.手夾在主臂上往后平移； 4.手夾在副臂上做上升運(yùn)動； 5.副臂在主臂上往后平移至放料區(qū)域同一平面； 6.主臂在機(jī)身上正方向旋轉(zhuǎn)45度； 7.手夾在副臂上做下降運(yùn)動至距放料平臺100mm。 8.手腕在副臂上正方向旋轉(zhuǎn)90度； 9.手夾張開，放下工件； 10.手臂手夾原路返回至原始位置。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 30 頁 3 注塑機(jī)機(jī)械手的組成部分注塑機(jī)機(jī)械手的組成部分 3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)注塑 件是棱狀時，使用夾持式手部:如果有實際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)。 3.1.1手部

21、結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。本文設(shè)計采用的夾持式手部 （俗稱水口夾),用于夾注塑件和水口。其工作原理為：通過氣缸帶動活塞桿運(yùn)動，活 塞桿連接圓錐銷，水口片中部分已被擋板用插銷固定，水口片可以以銷作為軸做回 轉(zhuǎn)運(yùn)動，水口片下端有一滾筒，圓錐銷擠壓滾筒使水口片旋轉(zhuǎn)而夾住工件。本設(shè)計 在手部部分不重新設(shè)計而是選購市場上已有的成品機(jī)械手部，根據(jù)之前機(jī)械手手部 參數(shù)的設(shè)定值3Kg，據(jù)此選用市場上型號為1615S的水口夾。如圖3.1所示；三維建模 圖如3.2所示；結(jié)構(gòu)圖如3.3所示： 圖3.1水口夾 圖3.2三維建模 圖3.3二維結(jié)構(gòu)圖 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)

22、設(shè)計說明書 第 9 頁 共 30 頁 3.1.2氣動驅(qū)動力計算 經(jīng)查的型號1615S水口夾的結(jié)構(gòu)部分尺寸為：缸徑：16mm；行程15mm； 外觀尺 寸：20mmx32mmx145mm。夾鉗受力分析圖如3.4所示： 圖3.4夾鉗受力圖 為使手部能夠穩(wěn)定的工作，夾持工件和水口，手指需要具有足夠的握力(即夾緊 力)。在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn) 生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。手部為氣缸驅(qū)動，那就需要 給氣缸提供一定的氣壓。 型號為1615S的水口夾的最大夾力為3Kg，也就是說鉗板夾緊工件的最大輸出夾 緊力F3為： F3 = 3 x 9.8 =

23、 29.4N 據(jù)此可以計算出氣缸活塞桿的推力即圓錐銷所需最大推力F1為: F1 = F3x58.3xsin66/21xsin76 =76.8N 則驅(qū)動氣缸所需的氣壓F 為： P = F/S = 76.8/3.14 x 8 x 8 = 0.38Mp 據(jù)此我們選用調(diào)壓范圍為 1 至 0.5Mp 的氣壓閥，如圖 3.5 所示。 圖 3.5 可調(diào)氣壓閥 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 共 35 頁 3.2 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 考慮到機(jī)械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè) 有回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn) 動的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。

24、3.2.1 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 手腕就是連接手臂和手部的部件，手腕的作用就是改變或調(diào)整工件的方位， 因此它需要獨立的自由度，以方便使機(jī)械手適應(yīng)比較復(fù)雜的動作要求。手腕自由 度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝的要求、工件擺放方位和定位精度等許多 因素相關(guān)。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)定一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可滿足工作的需求，目前用來實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動 的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就是回轉(zhuǎn)氣缸，因此我們就選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié) 構(gòu)比較緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小，并且需求嚴(yán)格的密封。本設(shè)計所選用的回轉(zhuǎn)氣缸為 市場上與1615S水口夾相匹配的回轉(zhuǎn)氣缸。如圖3.6所示： 圖3

25、.6 回轉(zhuǎn)氣缸與水口夾組合 圖3.7 三維建模 3.2.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如 圖 4-2 所示，定片 1 與缸體 2 固連，動片 3 與回轉(zhuǎn)軸 5 固連。動片封圈 4 把氣腔 分隔成兩個.當(dāng)壓縮氣體從孔 a 進(jìn)入時，推動輸出軸作逆時 4 回轉(zhuǎn)，則低壓腔的 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 30 頁 氣從 b 孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力 P 驅(qū)動力矩 M 的關(guān)系如圖 3.8 所示： 圖3.8 回轉(zhuǎn)氣缸筒圖 M-回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩 p-回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力 R-缸體內(nèi)壁半徑 r-

26、輸出軸 半徑 b-動片寬度 上述驅(qū)動力矩和壓力的關(guān)系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低 壓腔有一定的背壓，則上式中的 p 應(yīng)代以工作壓力 p1 與背壓 p2 只差。 , 或 2 )( 22 rRpb M )( 2 22 rRb M p 根據(jù)商家提供的數(shù)據(jù)可知手部即1615S水口夾的總質(zhì)量為1Kg,最大可夾持3Kg 的工件。也就是手腕以下最大總重量 G max = 1Kg + 3Kg = 4Kg 。本設(shè)計采用的 旋轉(zhuǎn) 氣缸為90度型，故最大回轉(zhuǎn)角度為90度。 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。重力：G =4 x 9.8/Kg = 39.2N M慣 3.3 副臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 手臂部件是機(jī)械手的主要握持

27、部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件 或工具） ，并帶動它們作空間運(yùn)動。手臂運(yùn)動應(yīng)該包括 3 個運(yùn)動：伸縮（平移） 、 回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述副手臂的升降運(yùn)動，手臂的伸縮（平移）設(shè)置在主手臂， 手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動設(shè)置在機(jī)身處。 3.3.1 副臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 一、 機(jī)器手臂的設(shè)計的一般都滿足以下基本要求： 1 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 2 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 共 30 頁 3 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 4 合理布置作用力的位置和方向。 5 注意簡化結(jié)構(gòu)。 6 提高配合精度。 在速度和回轉(zhuǎn)角速度一

28、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。減少慣量具體有 2 個途徑：一是 減少手臂運(yùn)動件的重量，采用鋁合金材料。二是減少臂部運(yùn)動件的輪廓尺寸。 綜合考慮機(jī)械手臂設(shè)計的基本要求，本文設(shè)計采用手臂與導(dǎo)軌二合一的設(shè)計 方式，即手臂與導(dǎo)軌捆綁在一起。 二、軌的選擇 副臂的運(yùn)動為往復(fù)直線升降運(yùn)動，因此采用直線導(dǎo)軌，常用的用于工業(yè)的直 線導(dǎo)軌包括滾珠直線導(dǎo)軌、滾柱直線導(dǎo)軌、滾珠直線圓導(dǎo)軌、滾輪直線導(dǎo)軌。本 設(shè)計要求手臂運(yùn)動具有較高的精度，較快的移動速度，另外因為本文副臂設(shè)計選 用的是導(dǎo)軌與手臂二合一的設(shè)計方案，所以要求導(dǎo)軌還需具有較強(qiáng)的承載能力， 只有滾珠

29、直線導(dǎo)軌能夠符合設(shè)計全部要求，所以副臂部分導(dǎo)軌采用滾珠直線導(dǎo)軌。 如圖 3.9 所示： 圖 3.9 滾珠直線導(dǎo)軌 圖 3.10 上銀導(dǎo)軌 HG 系列 三、滾珠直線導(dǎo)軌的選用 目前市場上比較常見的導(dǎo)軌制造商有上銀導(dǎo)軌、固安捷導(dǎo)軌等，本設(shè)計采用 的導(dǎo)軌為上銀導(dǎo)軌 HG 系列如圖 3.10 所示： 根據(jù)本設(shè)計機(jī)械手主要設(shè)計參數(shù)，副臂的伸縮（升降）最大行程為 800mm， 即有效長度 800mm，導(dǎo)軌的選用長度時一般比有效長度大 100mm 左右，也就是 900mm 左右。副臂的升降速度參數(shù)為 400mm/s 也就是 24m/min,另外本設(shè)計對導(dǎo)軌 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13

30、頁 共 30 頁 要求較高，根據(jù)這三點查表 3-1，表 3-2，得出的型號為：HGH 30 CA 表 3-1 表 3-2 再根據(jù)下表3-3可以計算出導(dǎo)軌的質(zhì)量為： 6.06Kg/M X 0.9M = 5.63Kg 滑塊的質(zhì)量為：0.90Kg。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 30 頁 圖 3.11 四、導(dǎo)軌三維建模 導(dǎo)軌CAD二維圖如3.12所示；三維圖如3.13所示： 圖 3.12 二維圖 圖 3.13 滾珠直線導(dǎo)軌三維圖 3.3.2副臂氣缸選用以及驅(qū)動力矩計算 一手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 手臂伸縮氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，根據(jù)設(shè)計要求，副臂氣缸需要有 800mm 的有效 行

31、程以及 400mm/s 的移動速度，要求體積盡可能地小，參看各種型號的結(jié)構(gòu)特點， 尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，氣缸選用 SMC 公司的 CG1 型氣缸，為單桿雙 作用氣缸。根據(jù)查詢表 3-3、3-4，初步確定氣缸的直徑為 40mm。 表 3-3 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 30 頁 表 3-4 二尺寸校核 1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑D=40mm,半徑R=20mm的氣缸的尺寸滿足 使用要求即可,設(shè)計使用壓強(qiáng),MPaNGP5 . 0 則驅(qū)動力： 2 RPF )(628 020 . 0 14. 3105 . 0 26 N 測定手腕與手部副臂以及最大抓取工件質(zhì)

32、量為： g53.110.90Kg5.63Kg1Kg4KgK 設(shè)計加速度,)/(10sma 則慣性力: maF 1 )( 3 . 115 1053.11 N 總受力 m FFF 10 )(9 .138 06.233 .115 N 即標(biāo)準(zhǔn)CG1氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求要求。FF 0 3副臂傳動氣缸三維建模 本文設(shè)計副臂升降運(yùn)動的最大行程為800mm,故副臂驅(qū)動氣缸的最大工作行程 為800mm。氣缸的三維建模如圖3.13所示： 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 30 頁 圖3.14 副臂氣缸三維圖 圖3.15 副臂氣缸二維圖 四副臂氣缸質(zhì)量計算 根據(jù)查詢氣缸質(zhì)量比對表

33、3-5、3-6，可以計算出副臂氣缸的質(zhì)量。 表 3-5 表 3-6 3.4 手腕與副臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.4.1 副臂氣缸連接形式選用 在機(jī)械手副臂工作中，運(yùn)動形式為氣缸活塞桿的直線往復(fù)移動，必須避免其 它方向的運(yùn)動，根據(jù)查詢氣缸選擇的連接形式為桿端螺母，如圖3.15所示。 圖 3.15 氣缸連接方式圖 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 17 頁 共 30 頁 3.4.2 手腕與副臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 副臂與手腕之間為兩個標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件回轉(zhuǎn)氣缸與導(dǎo)軌，故需要設(shè)計一裝置用于兩 者之間的連接。本文設(shè)計的連接裝置零件如圖 3.16 所示，三維建模如 3.17 所示 圖 3.16 連接裝置零件二維圖 圖

34、3.17 連接裝置零件三維圖 組裝效果圖如 3.18 所示： 圖 3.18 裝配效果圖 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 共 30 頁 導(dǎo)軌（副臂）和回轉(zhuǎn)氣缸與連接裝置之間均使用內(nèi)六角螺栓連接，螺栓直徑 為6mm,如圖3.19所示。 圖3.19 螺栓連接圖 3.5 主臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 主臂與副臂是整個機(jī)械手最主要也是最重要的傳動和支承部件。他們的結(jié)構(gòu) 直接關(guān)系到機(jī)械手的工作半徑和使用范圍。 3.5.1 主臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模 在設(shè)計主臂時，最重要的幾點就是臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕，所 以首先需要考慮的就是使用什么材質(zhì)，查詢手臂常用材質(zhì)表發(fā)現(xiàn)在手臂需承受的 力不是很大的情況

35、下，鋁合金是最好的選擇，因此本文主臂設(shè)計選用鋁合金材質(zhì)， 各部件之間的連接零件也同樣選用鋁合金材質(zhì)。 在設(shè)計主臂結(jié)構(gòu)時，需要考慮到它與機(jī)身，副臂間的連接；與其他構(gòu)件間的 安裝；以及盡量減少占用空間等幾個方面?？傇O(shè)計圖如圖3.20所示。 圖3.20 主臂設(shè)計總圖 主臂一共由三部分組成，分別是保持架，連接架和主力板： 保持架：與連接桿一起固定導(dǎo)向桿和主力板； 連接架：與機(jī)身連接部件，同時也起到與保持架一樣的作用； 主力板：主力板的長度在一些方面控制了主臂運(yùn)動的行程同時也將主臂的其 他構(gòu)件連接到了一起。主臂移動的最大行程為400mm，為了便于其他構(gòu)件和感應(yīng) 控制元件的安裝，主力板設(shè)計最大尺寸為500

36、mm。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 共 30 頁 圖 3.21 主力板 圖 3.22 連接架 圖 3.23 保持架圖 圖 3.24 導(dǎo)桿圖 主臂運(yùn)動采用氣缸運(yùn)動氣壓驅(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)計手臂結(jié)構(gòu)時，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)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局 上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 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 中采用雙導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性

37、和導(dǎo)向性。 3.5.2 主臂氣缸選用以及驅(qū)動力矩計算 一手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 主臂部分的氣缸同樣選用SMC公司的CG1型單桿雙作用氣缸，初步確定氣缸的 直徑為40mm。 二尺寸校核 1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑D=40mm,半徑R=20mm的氣缸的尺寸滿足 使 用要求即可,設(shè)計使用壓強(qiáng)MPaNGP5 . 0 則驅(qū)動力： 2 RPF )(628 020 . 0 14 . 3 105 . 0 26 N 測定手腕與手部副臂以及最大抓取工件質(zhì)量為： 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 20 頁 共 30 頁 ，g38.15g85 . 1 g20.90Kg5.63Kg1Kg4KgKKK

38、設(shè)計加速度,)/(10sma 則慣性力: maF 1 )( 8 . 153 1038.15 N 2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),2 . 0k 1 .FkFm )( 8 . 153 1038.15 N 總受力 m FFF 10 即 )(56.184 76.308 .153 N FF 0 標(biāo)準(zhǔn)CG1氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求要求。 三.主臂傳動氣缸三維建模 主臂的氣缸主要負(fù)責(zé)機(jī)械手平行移動，本文設(shè)計機(jī)械手手臂最大平移行程為 400mm，故副臂驅(qū)動氣缸的最大工作行程為400mm。氣缸的三維建模如圖3.25所示。 圖 3.25 標(biāo)準(zhǔn) CG1 氣缸 3.6 主副臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.6.1 主

39、臂氣缸連接形式選用 在機(jī)械手主臂工作中，運(yùn)動形式為氣缸活塞桿的直線往復(fù)移動，必須避免其 它方向的運(yùn)動，與副臂氣缸一樣選擇的連接形式為桿端螺母，如圖 3.15 所示。 與副臂氣缸不同的是主臂氣缸缸體為運(yùn)動部件，活塞桿相對靜止不動，因此還需 選用一個缸體的連接形式，查詢后選擇前端軸向腳座。如圖 3.26 所示 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 21 頁 共 30 頁 圖 3.26 軸向腳座 3.6.2副臂與主臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 副臂與主臂的連接結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，它需要固定副臂導(dǎo)軌，主臂導(dǎo)桿，限位開 關(guān)，緩沖器以及主臂氣缸等機(jī)構(gòu)。材質(zhì)選用鋁合金。其結(jié)構(gòu)圖如 3.27 所示。 圖 3.27 主副臂連

40、接件 圖 3.28 主副臂連接件二維圖 3.7 機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.7.1機(jī)身的整體設(shè)計與三維建模 按照設(shè)計要求，機(jī)械手要實現(xiàn)手臂 90 度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 機(jī)構(gòu)一般設(shè)計在機(jī)身處。為了設(shè)計出合理的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。 機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu) 有以下幾種： 1 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺 點是回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 22 頁 共 30 頁 2 線性氣缸缸和搖桿機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動通過線性氣缸驅(qū)動搖桿機(jī)構(gòu)來實 現(xiàn)，搖桿的

41、往復(fù)擺動帶動手臂中心軸做往復(fù)回轉(zhuǎn)。 3 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)：齒 條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。 本設(shè)計考慮到設(shè)計難度，安裝難以程度等方面，選用線性氣缸和搖桿機(jī)構(gòu)來 實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動。機(jī)械手臂機(jī)身選用GY-4590型鋁型材，整體機(jī)身三維圖如圖 3.29所示。 圖3.29 機(jī)身及機(jī)座三維圖 圖3.30 機(jī)身二維圖 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 23 頁 共 30 頁 圖3.31 機(jī)座二維圖 3.7.2機(jī)身與主臂連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)身與主臂這部分的結(jié)構(gòu)不僅需要承載較大的扭矩壓力還需要實現(xiàn)主臂與機(jī) 身之間的一個往復(fù)擺

42、動運(yùn)動，這就需要這部分結(jié)構(gòu)為軸狀，那就還要需要一個軸 承用來支承。 。 一般大多數(shù)軸即承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，多處于變應(yīng)力條件下工作，因此軸的 材料應(yīng)具有較好的強(qiáng)度和韌性，用于滑動軸承時，還要具有較好的耐磨性。其中 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用廣泛，45鋼最為常用，它調(diào)質(zhì)后具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。 不太重要的軸也可用Q235、Q275等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。高速、重載的軸、受力較大 而要求尺寸小的軸以及有特殊要求的軸，要用合金結(jié)構(gòu)鋼。合金鋼對應(yīng)力集中敏 感性小，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用日趨增多。本設(shè)計由于不屬于大型機(jī)械手，能夠使不需 要使用特殊材質(zhì)的鋼材，45鋼能夠滿足工作要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3.32所示 。 圖3.32 連

43、接軸 圖3.33 連接方式 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 24 頁 共 30 頁 連接原理為兩軸承支承著軸與機(jī)身的連接，軸的一端連接著主臂的連接架， 用螺栓固定，無相對轉(zhuǎn)動，另一端連接著搖桿，同樣使用螺栓連接，無相對轉(zhuǎn)動， 機(jī)械手的往復(fù)擺動通過搖桿連接著軸進(jìn)行傳遞來實現(xiàn)，連接方式如圖 3.33 所示。 圖 3.34 搖桿二維圖 3.7.3 機(jī)身氣缸選用以及驅(qū)動力矩計算 一機(jī)身伸縮氣缸的尺寸設(shè)計 機(jī)身部分的氣缸同樣選用SMC公司的CG1型單桿雙作用氣缸，初步確定氣缸的 直徑為40mm。 二尺寸校核 1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑D=40mm,半徑R=20mm的氣缸的尺寸滿足 使

44、 用要求即可,設(shè)計使用壓強(qiáng)MPaNGP5 . 0 則驅(qū)動力： 2 RPF )(628 020 . 0 14 . 3 105 . 0 26 N 搖桿處總扭矩為：，g38.15g85. 1g20.90Kg5.63Kg1Kg4KgKKK 設(shè)計加速度,)/(10sma 則慣性力: maF 1 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 25 頁 共 30 頁 )( 8 . 153 1038.15 N 2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),2 . 0k 1 .FkFm )(76.30 8 .1532 . 0 N 總受力 m FFF 10 即 )(56.184 76.308 .153 N FF 0 標(biāo)準(zhǔn)C

45、G1氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。 機(jī)身氣缸需要驅(qū)動搖桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以氣缸尾部不可以緊固，需做成可回 轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3.35所示。氣缸與搖桿連接處也有相對的轉(zhuǎn)動，同樣需 要設(shè)計成可供回轉(zhuǎn)運(yùn)動的結(jié)構(gòu)，設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3.36所示。 圖3.35 氣缸尾部結(jié)構(gòu) 圖3.36 氣缸頭部結(jié)構(gòu) 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 26 頁 共 30 頁 圖3.37 氣缸連接方式圖 最后本設(shè)計中實現(xiàn)運(yùn)動的所有驅(qū)動部件均為氣缸，氣缸由于它的結(jié)構(gòu)特性， 運(yùn)動速度較快，存在一定的慣性，特別是連接在較大質(zhì)量的機(jī)構(gòu)時在運(yùn)動停止的 一瞬間慣性更大，這樣不僅會減少氣缸的使用壽命還會導(dǎo)致其它機(jī)構(gòu)的損壞，所

46、以需要安裝緩沖裝置進(jìn)行保護(hù)。因為本設(shè)計的機(jī)械手尺寸較小，相對慣性不大， 所以緩沖裝置采用油壓緩沖器，如圖3.38所示。 圖3.38 緩沖器 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 共 30 頁 4 4 結(jié)結(jié) 論論 本次設(shè)計的是注塑機(jī)專用斜臂式單臂機(jī)械手，本設(shè)計的機(jī)械手驅(qū)動裝置均為 氣缸采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。工 作環(huán)境適應(yīng)性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小， 不會污染環(huán)境。同時成本低廉。主臂和大部分連接件均采用鋁合金材質(zhì)，大大減 少了機(jī)器手整體重量，具有很高的經(jīng)濟(jì)型。本設(shè)計機(jī)械手采用PLC控制，其可靠 性高、改變程序

47、靈活等優(yōu)點，無論是進(jìn)行時間控制還是行程控制或混合控制，都 可通過設(shè)定PLC程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動作順序修改程序，使機(jī)械手的 通用性更強(qiáng)。 在注塑行業(yè)，機(jī)械手可以使每一模的產(chǎn)品生產(chǎn)時間固定化，同樣的塑化時間， 射出時間，保壓時間，冷卻時間，開關(guān)模時間，會較大提高產(chǎn)品的成品率。通過 使用機(jī)械手，可大大減少工人成本，減少勞動強(qiáng)度， 所以設(shè)計機(jī)械手是很有必 要的，相信通過這次設(shè)計，我一定會在以后的工作崗位中有更好的發(fā)揮。 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 28 頁 共 30 頁 5 5 致致 謝謝 本次畢業(yè)設(shè)計在指導(dǎo)教師華國新的悉心指導(dǎo)下順利的完成了，指導(dǎo)老師在整 個畢業(yè)設(shè)計期間給予

48、作者很大的幫助和關(guān)懷。老師們那種嚴(yán)謹(jǐn)、求實的科學(xué)態(tài)度， 認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，使學(xué)生受益匪淺。特別是在設(shè)計過程中遇到困難時，老師 能給予了很大的幫助，使我渡過難關(guān)。老師對待學(xué)生與工作的態(tài)度值得學(xué)生學(xué)習(xí)， 在這里對指導(dǎo)老師表示最衷心的感謝，在畢業(yè)設(shè)計期間的指導(dǎo)將使作者受益終生。 同時感謝老師們在畢業(yè)設(shè)計期間的關(guān)懷，以及給予學(xué)生的無私的幫助和指導(dǎo)， 感謝你們在設(shè)計期間給作者提出的寶貴意見和建議。 感謝我的導(dǎo)師和同學(xué)們在課題研究中給予我的指導(dǎo)與幫助。感謝我周圍的親 人和朋友們對我的關(guān)心。最后，向熱心評審論文和參加答辯的老師們致以最衷心 的感謝！ 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 29 頁 共

49、 30 頁 6 參考文獻(xiàn) 1 鄭洪生.氣壓傳動及控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007.4 2李超.氣動通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā).陜西科技大學(xué).2003.8 3徐鋼濤等.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ).北京:高等教育出版社.2008.6 4王雄耀.近代氣動機(jī)器人氣動機(jī)械手的發(fā)展及應(yīng)用.2004.2 5運(yùn)文強(qiáng).機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)之探析.機(jī)械工業(yè)出版2012.6 6成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版.2006.12 7黃錫愷.機(jī)械原理.北京:人民教育出版社.2006.8 8杰西.Best Pneumatics SMC綜合樣本第二版.2004.7 浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 30 頁 共 30 頁