畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 氣動(dòng)裝配機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師系 別完成日期摘要機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，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，隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。本文就氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景作了簡(jiǎn)單概述。擴(kuò)展我們的知識(shí)面和專業(yè)面，可以加強(qiáng)對(duì)自己的思維訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，還可以填補(bǔ)空白，提高生產(chǎn)效率，很大的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；研究方向；發(fā)展趨勢(shì)目錄第一章緒 論11.1 機(jī)械手國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀21.3 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)31.4 氣動(dòng)機(jī)械手研究的目的、意義41.5 發(fā)展前景及方向41.6 設(shè)計(jì)時(shí)要解決的幾個(gè)問題61.6.1 具有足夠的握力(夾緊力)61.6.2 手指間應(yīng)具有一定的開閉角61.6.3 保證工件準(zhǔn)確定位61.6.4 具有足夠的強(qiáng)度和剛度61.6.5 考慮被抓取對(duì)象的要求71.7 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求71.8 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成71.8.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖71.8.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)81.8.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)91.8.4 控制系統(tǒng)91.8.5 位置檢測(cè)裝置9第二章 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案102.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度112.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)122.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)122.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)12第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及氣缸設(shè)計(jì)、校核133.1 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)133.2 確定氣缸直徑143.3 氣缸作用力的計(jì)算及校核143.4 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)153.5 氣缸的基本組成部分及工作原理163.6 計(jì)算手部與工件總重量16第四章 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與驗(yàn)算174.1 手臂部慣性力的計(jì)算174.2 手臂部摩擦力的計(jì)算174.3 手臂部驅(qū)動(dòng)力184.4 確定氣缸直徑194.5 手臂伸縮氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理194.6 氣缸作用力的驗(yàn)算（應(yīng)取有桿腔的活塞面積進(jìn)行計(jì)算）204.7 導(dǎo)桿彎曲應(yīng)力驗(yàn)算20第五章 配重的選取215.1 各部件重量計(jì)算215.2 計(jì)算偏重力臂225.3 偏重力矩M縮偏、M伸偏235.4 配重的計(jì)算23第六章 擺動(dòng)氣缸的計(jì)算246.1 手臂伸出狀態(tài)時(shí)，偏重力矩246.2手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J246.3 手臂擺動(dòng)回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算24第七章 升降部分的計(jì)算267.1 升降氣缸的選擇267.2 升降導(dǎo)桿的重量267.3 升降導(dǎo)桿的校核27第八章 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)288.1 機(jī)械手的控制要求288.2 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)28結(jié) 論30參考文獻(xiàn)31附錄32致 謝33IV第一章 緒 論1.1 機(jī)械手國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。工業(yè)機(jī)械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲(chǔ)存裝置。不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制：該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這2種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種UnimationVic.arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國(guó)Kuka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快，應(yīng)用國(guó)家最多的國(guó)家，自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國(guó)家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，主要用于機(jī)械化、自動(dòng)化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。我國(guó)工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代。1972年我國(guó)第一臺(tái)機(jī)械手開發(fā)于上海，隨之全國(guó)各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個(gè)五年計(jì)劃（1986-1990）開始，我國(guó)政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的，同時(shí)一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，DCPWM等等。我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？梢詫C(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。1.2 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車身在每個(gè)工序的移動(dòng)；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)械手。高頻率的點(diǎn)焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)工序過程的高度自動(dòng)化，堪稱是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)械手應(yīng)用之一。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運(yùn)送到指定目標(biāo)位置。對(duì)加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運(yùn)系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動(dòng)機(jī)械手用于對(duì)食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝；用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙和自動(dòng)包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動(dòng)機(jī)械手；自動(dòng)加蓋、安裝和擰緊氣動(dòng)機(jī)械手，牛奶盒裝箱氣動(dòng)機(jī)械手等。氣動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。1.3 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵，不存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題.(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。(4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。(6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。1.4 氣動(dòng)機(jī)械手研究的目的、意義在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：（1）以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。（2）以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。（3）可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.5 發(fā)展前景及方向1.5.1 重復(fù)高精度 精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。1.5.2 模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)。模塊化氣動(dòng)機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。 智能閥島的出現(xiàn)對(duì)提高模塊化氣動(dòng)機(jī)械手和氣動(dòng)機(jī)器人的性能起到了十分重要的支持作用。因?yàn)橹悄荛y島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對(duì)分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對(duì)機(jī)械手中的移動(dòng)模塊。1.5.3 無給油化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤(rùn)滑材料制造的無潤(rùn)滑元件，不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)。1.5.4 機(jī)電氣一體化 由“可編程序控制器-傳感器-氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣動(dòng)技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。1.6 設(shè)計(jì)時(shí)要解決的幾個(gè)問題1.6.1 具有足夠的握力(夾緊力)在確定手指的握力時(shí)，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(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。1.6.2 手指間應(yīng)具有一定的開閉角兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。1.6.3 保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。1.6.4 具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。1.6.5 考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型。1.7 氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求 (1)機(jī)械手為通用氣動(dòng)機(jī)械手，因此相對(duì)于專用機(jī)械手來說，它的適用面相對(duì)較廣。(2)選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度。(3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。并進(jìn)行計(jì)算、校核和畫CAD圖1.8 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成1.8.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖 被抓取物品 位置檢測(cè)裝置手部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（氣壓傳動(dòng)）控制系統(tǒng)（PLC）手臂執(zhí)行機(jī)構(gòu)立柱圖1-1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖 機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。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。1.8.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、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。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本設(shè)計(jì)中我們采用夾持式手部結(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。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。2、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)、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)。3、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)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。4、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(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。1.8.3 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。它由動(dòng)力裝置、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)、機(jī)械傳動(dòng)。1.8.4 控制系統(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。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，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)。1.8.5 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.第二章 機(jī)械手的整體設(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)構(gòu)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)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動(dòng)裝配機(jī)械手（如圖2-1所示），是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，動(dòng)作強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。圖2-1 機(jī)械手的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)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(dòng)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)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱坐標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。（如圖2-2所示） 圖2-2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)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(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。2.4 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)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及氣缸設(shè)計(jì)、校核3.1 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)夾緊氣缸的夾緊、驅(qū)動(dòng)力的確定（圖3-1），工件重5kg。(g=9.8N/kg)圖3-1 手部結(jié)構(gòu)1 夾緊力： F夾= （其中 =45，G=49N，f =0.1）F夾=174（N）2 驅(qū)動(dòng)力F驅(qū) = （其中 b=50，c=30 ，=23） 故F驅(qū)=250（N）F實(shí)際其中 K1：安全系數(shù)，一般取1.22 取K1=1.5K2：工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計(jì)，K2=1+式中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度， a=v：升降速度0.2m/s，t：機(jī)械手達(dá)到最高速度的響應(yīng)時(shí)間為0.1sg為重力加速度 g=9.8m/s2。那么：K2=1+=1.204：手部機(jī)械效率，一般取0.850.95 取=0.85（滾動(dòng)摩擦）F實(shí)際=531（N）3.2 確定氣缸直徑取空氣壓力為P空氣 = 0.5 MPa = 5105Pa，D= =0.0368(m)=36.8(mm)圓整氣缸直徑D=40mm 3.3 氣缸作用力的計(jì)算及校核F氣缸=628(N)因?yàn)?F氣缸F實(shí)際 ， 所以 滿足設(shè)計(jì)要求。由d/D=O.20.3， 可得活塞桿直徑:d=(0.20.3)D=812 mm圓整后，取活塞桿直徑d=12 mm校核，按公式其中 =120MPa, F實(shí)際=531N則:d (4531/120) 1/2=2.37mm 12mm滿足設(shè)計(jì)要求。3.4 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: =DPP/2式中: 缸筒壁厚 mmD 氣缸內(nèi)徑 ，40mmPP實(shí)驗(yàn)壓力，取PP=1.2P=6105Pa材料為 : ZL3, =3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: =DPP/2 =406105/23106 =4 mm取=4 mm，則缸筒外徑為:D=40+42 =48 mm。于是選擇SC-4050型的夾緊氣缸(圖3-2)。圖3-2 夾緊氣缸3.5 氣缸的基本組成部分及工作原理氣動(dòng)手爪這種執(zhí)行元件是一種變型氣缸。它可以用來抓取物品，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，氣動(dòng)手爪常應(yīng)用中搬運(yùn)、傳送工件機(jī)構(gòu)中抓取、拾放物品。氣動(dòng)手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產(chǎn)生的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒條等機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)手爪同步做開、閉運(yùn)動(dòng)。3.6 計(jì)算手部與工件總重量這里手部結(jié)構(gòu)自行設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的手部大概質(zhì)量m手=1.5kg，夾緊氣缸的鋼體m鋼體=1.5kg查有關(guān)資料，得SC-4050型夾緊氣缸重量為1kg。所以M總質(zhì)量=m手+m氣缸+m鋼體+m工件=1.5+1+1.5+5=9kg,G手部=M總質(zhì)量9.8kg/N=88.2N第四章 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與驗(yàn)算4.1 手臂部慣性力的計(jì)算(1)手部總重量：G手部=88.2(N)(2)伸縮導(dǎo)桿重量：選取外徑20mm，內(nèi)徑10mm，長(zhǎng)度500mm的無縫鋼管作伸縮導(dǎo)桿，共2根。2G導(dǎo)桿=L7.81039.82=18(N)(3)導(dǎo)桿后連接板重量:G導(dǎo)桿后連接板=（0.20.070.01-0.080.050.01）7.81039.8=7.6(N)所以總重量為：G手臂慣=G手部+2G導(dǎo)桿+G導(dǎo)桿后連接板=113.8(N)那么：m手臂慣=11.6kg(6)手臂伸縮時(shí)產(chǎn)生的慣性力為:F慣=m手臂式中：t起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間差(s)，取0.1s； v起動(dòng)或制動(dòng)的速度差(m/s)，取0.25m/s那么： F慣=m手臂=11.6=29(N)4.2 手臂部摩擦力的計(jì)算由于手臂伸出時(shí)，伸縮導(dǎo)桿所受作用力最大，根據(jù)其受力簡(jiǎn)圖（圖4-1）計(jì)算。 圖4-1 受力簡(jiǎn)圖圖中：G1工件自重49(N)，G2手指部分及夾緊氣缸的重量39.2(N)，2G3導(dǎo)桿重量18(N)，G4導(dǎo)桿后連接板重量7.6(N)列方程：MB=0 ： 2N10.15+0.2G4-0.22G3-0.5G2-0.5G1=0N1=158（N）Y=0：2N2-2N1-G1-G2-2G3-G4 =0N2=215（N）伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)f，當(dāng)被聯(lián)接件為鋼或鑄鐵件，且為干燥的加工表面時(shí)，取f =0.10得：F摩A=0.12N1=0.12158=31.6(N) F摩B=0.12N2=0.12215=43(N)4.3 手臂部驅(qū)動(dòng)力根據(jù)伸縮氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需克服的摩擦力及慣性力等幾方面的阻力，來確定伸縮氣缸的所需的驅(qū)動(dòng)力?？紤]到除導(dǎo)桿與導(dǎo)桿座之間的摩擦外，還有氣缸桿與密封環(huán)間的摩擦，故增加安全系數(shù)K，取K=1.1。F驅(qū)=K(F慣+F摩A+F摩B)=1.1(29+31.6+43)=114（N）F實(shí)際其中 K1：安全系數(shù)，一般取1.22 取K1=1.5：機(jī)械效率，一般取0.850.95 取=0.85（滾動(dòng)摩擦）F實(shí)際=201.2（N）4.4 確定氣缸直徑D=23（mm）選擇標(biāo)準(zhǔn)型氣缸（缸徑為32mm）型號(hào)：QGBII32-300。由d/D=O.20.3， 可得活塞桿直徑:d=(0.20.3)D=6.49.6 mm 取d=8mm4.5 手臂伸縮氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理這個(gè)氣缸為單活塞桿雙作用氣缸，它由鋼筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分為兩個(gè)腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無活塞桿腔稱為無桿腔。當(dāng)從無桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出;當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。4.6 氣缸作用力的驗(yàn)算（應(yīng)取有桿腔的活塞面積進(jìn)行計(jì)算）F氣缸=377(N) 因?yàn)?F氣缸F驅(qū)，所以，選擇MDBB32-300氣缸合適。4.7 導(dǎo)桿彎曲應(yīng)力驗(yàn)算max=36.1(Mpa)式中：F 工件自重、手指部分、夾緊氣缸及導(dǎo)桿重量；折合為106.2(N)，由于手臂共有2根伸縮導(dǎo)桿作導(dǎo)向，所以作用在每根導(dǎo)桿的合力為53.1(N)L 導(dǎo)桿的長(zhǎng)度查簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知35#鋼的=68.198(Mpa), max 故安全第五章 配重的選取因?yàn)橐笫直凵祫?dòng)作靈活輕快，而不致出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象。為此要求手臂偏重力矩不能過大，否則對(duì)手臂的升降運(yùn)動(dòng)極為不利，也易引起手臂的跳動(dòng)和傳動(dòng)不平穩(wěn)。特別在手臂伸出時(shí)則偏重力矩最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少手臂偏重力矩，以使手臂前伸部分與固定部分保持平衡。所以，在手臂托板下方安裝配重，以減少偏重力矩的影響。手臂的受力情況如圖5-1所示。 圖5-1 手臂受力情況5.1 各部件重量計(jì)算(1) 導(dǎo)桿座由于導(dǎo)桿共有2個(gè)導(dǎo)桿座進(jìn)行固定。那么，2G導(dǎo)桿座=20.120.1500.0107.81039.8=27.5(N)(2) 伸縮氣缸查煙臺(tái)凱威氣動(dòng)液壓有限公司資料，知道伸縮氣缸QGBII32-400的質(zhì)量計(jì)算公式為1.16+0.0042S，則氣缸質(zhì)量：m伸縮氣缸=1.16+0.0042400=2.84(kg)G伸縮氣缸= m伸縮氣缸g=2.849.8=27.8(N)(3) 氣缸托板氣缸托板長(zhǎng)600mm，寬200mm，厚10mmG氣缸托板=0.6000.2000.0107.81039.8=92(N)結(jié)合圖5-1手臂的受力情況，列出手臂上各部件情況如表(5.1)所示。表5.1 手臂縮回與伸出狀態(tài)的重心位置到回轉(zhuǎn)軸的距離手臂縮回狀態(tài)時(shí)，部件重心位置到手臂回轉(zhuǎn)軸的距離X(m)手臂伸出狀態(tài)時(shí)，部件重心位置到手臂回轉(zhuǎn)軸的距離X(m)部件名稱部件重量(N)X1=0.25X1=0.6工件：G1G1=49X2=0.25X2=0.6手指部分及夾緊氣缸：G2G239.2X3=0.075X3=0.425導(dǎo)桿：G3=0.3G導(dǎo)桿G35.4X4=0.075X4=0.0751/4氣缸托板:G4G423X5=-0.1X5=-0.1伸縮氣缸：G5G5=27.8X6=-0.175X6=0.175導(dǎo)桿：G6=0.7G導(dǎo)桿G6=12.6X7=-0.225X7=-0.2253/4氣缸托板:G7G769X8=-0.35X8=0導(dǎo)桿后連接板：G8G87.6X9=-0.4X9=-0.4配重:G9G9=？5.2 計(jì)算偏重力臂=(1) 回時(shí)偏重力臂縮=0.0043(m)(2) 出時(shí)偏重力臂伸=0.175(m)5.3 偏重力矩M縮偏、M伸偏M縮偏=G總縮=233.60.0043=1(Nm)M伸偏= G總伸=233.60.175=40.88(Nm)5.4 配重的計(jì)算為了減少偏重力矩對(duì)回轉(zhuǎn)軸的作用，故在伸縮氣缸尾部的托板下方安裝配重，達(dá)到一定的力平衡，取配重的重心至回轉(zhuǎn)軸的距離為0.4(m)則配重，G配=2.5(N) m= G配/g=0.255(kg)配重的體積：V=0.3310-4 (m3) 配重的尺寸：（長(zhǎng)寬高）403030(mm) 第六章 擺動(dòng)氣缸的計(jì)算6.1 手臂伸出狀態(tài)時(shí)，偏重力矩G手臂總= G手臂+G配=233.6+2.5=236.1(N)=0.17（m）6.2手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J查資料可知，按長(zhǎng)方體進(jìn)行驗(yàn)算。J=(l2+a2)=(0.92+0.22)=(0.92+0.22)=1.7（kgm2）J手臂=J+m2=1.7+0.172=2.4（kgm2）6.3 手臂擺動(dòng)回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 克服啟動(dòng)慣性所需的力矩M慣：M慣=J手臂=2.4=21（Nm） 臂擺動(dòng)回轉(zhuǎn)所屬的總力矩M總：由于手臂部與立柱聯(lián)接使用導(dǎo)承連接，所生的摩擦力矩M摩不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算可以將M慣適當(dāng)放大，而省略掉、M摩，這時(shí)M總=1.1M慣那么， M總=1.1M慣=1.121=23.1（Nm）查相關(guān)資料，選用（缸徑為40mm）QGK631800型氣缸。如圖(6-1)在0.5MPa時(shí)，轉(zhuǎn)矩為56Nm，大于M總 （安全）圖6-1 擺動(dòng)氣缸查相關(guān)資料，此型號(hào)的氣缸質(zhì)量m=3(kg) 則：G擺動(dòng)氣缸=mg=29.4(N)第七章 升降部分的計(jì)算7.1 升降氣缸的選擇（1） 導(dǎo)桿慣性力的計(jì)算 G總=G手臂總+G擺動(dòng)氣缸=236.1+29.4=265.5(N)F慣=m總a=a=54.2（N）（2） 導(dǎo)桿驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算根據(jù)升降氣缸慣性力及自重等幾方面的阻力，來確定升降氣缸的所需的驅(qū)動(dòng)力?？紤]到氣缸桿與密封環(huán)間的摩擦，故增加安全系數(shù)K，取K=1.1。F驅(qū)=KF慣+G總=1.154.2+265.5=325.12（N）（3） 確定氣缸直徑D=29（mm)選擇SC40-300SLB標(biāo)準(zhǔn)型氣缸（缸徑為40mm）型號(hào)。（4） 氣缸作用力的驗(yàn)算F氣缸=628（N）因?yàn)?F氣缸F驅(qū)，所以，選擇SC40-300SLB氣缸合適，這個(gè)氣缸的重量為2kg。7.2 升降導(dǎo)桿的重量升降導(dǎo)桿外徑20mm，內(nèi)徑10mm，長(zhǎng)400mmm導(dǎo)桿=0.47.8103=0.73(kg)G導(dǎo)桿=m導(dǎo)桿g=0.739.8=7.2（N）7.3 升降導(dǎo)桿的校核當(dāng)手臂伸出到最大范圍時(shí)，回轉(zhuǎn)中心彎矩最大，由兩條導(dǎo)桿同時(shí)承受，因M伸偏=40.88故=32.5（MPa）查簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知45#鋼正火，=353(MPa)max（安全）第八章 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8.1 機(jī)械手的控制要求 為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾?、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推。 該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。8.2 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖(8-1)所示： 圖8-1 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安排圖1：手動(dòng)截止閥 2：儲(chǔ)氣缸 3：空氣過濾器 4：減壓閥 5： 油霧器 6：壓力表 7、8、9、10：雙電位五通電控閥 11、12、13、14、15、16：節(jié)流閥加單向閥 工作方式伸縮，上下，夾緊與旋轉(zhuǎn)部分： 電磁線圈3Y得電，手臂伸出；電磁線圈4Y得電，手臂回縮；電磁線圈5Y得電，手臂上升；電磁線圈6Y得電，手臂下降；同理線圈2Y得電手爪夾緊，線圈1Y得電手爪松開；當(dāng)電磁線圈7Y得電手臂回轉(zhuǎn)氣缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，8Y得電手臂回轉(zhuǎn)氣缸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。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)，因此適用面更廣。2、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(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。3、通過對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時(shí)間和避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。參考文獻(xiàn) 1.張建民.工業(yè)機(jī)器人.北京:北京理工大學(xué)出版社，19882.蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略.機(jī)器人技術(shù)，2001, 4 3.金茂青，曲忠萍，張桂華.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)態(tài)分析.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ，20014.王雄耀.近代氣動(dòng)機(jī)器人(氣動(dòng)機(jī)械手)的發(fā)展及應(yīng)用.液壓氣動(dòng)與密封，1999, 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