注塑機(jī)取件機(jī)械的手地設(shè)計

1、本科生畢業(yè)論文注塑機(jī)取件機(jī)械手設(shè)計Design Of Manipulator For Injection學(xué)生姓名徐天專業(yè)機(jī)械電子工程學(xué)號 090321218指導(dǎo)教師褚劍峰學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院二一三年六月畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)承諾書1本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）注塑機(jī)取件機(jī)械手設(shè)計， 是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）工作條例 后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄 虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。2. 本人在畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人的觀點和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出， 對本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個 人和集體均已在文中注明。3.

2、 在畢業(yè)設(shè)計（論文）中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由本人 承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4. 本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎?影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計（論文），可以公布其中的全部 或部分內(nèi)容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！作者簽名：年 月曰在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生 產(chǎn)過程的自動化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員， 逐漸被企業(yè) 所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程

3、度上反映了一個國家 工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運、取件以及 堆垛等重復(fù)性并且勞動強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。本 文將設(shè)計一臺三自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給注塑機(jī)取出成品。關(guān)鍵詞：機(jī)器人 氣缸 注塑機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractIn order to enhance the efficie ncy of product ion and guara ntee the quality of products,more attentionhas been paid to the automation in theprocess of producti o

4、n in the moder n manu facturi ng in dustry with large scale.Therefore,industrial robots are gradually appproved and adopted by en terprisesas an importa nt part in the automati on product ion li ne.To someexte nt,the tech ni cal level and applicati on of in dustrial robots have reflected on the auto

5、mation level in national industries.At present,they mainlyun dertakesuch jobs mostly in playback way asweld in g,spray in g,tra nsport ingtak ing and stow in g,which are usually donerepeatedly with high work stre ngth.In the thesis,a n in dustrial robot with three DOFS will be desig ned to remove th

6、e finished molding machine.Key words: an droid;cyli nder;injectio n machi ne;structural desig n目 錄摘要 IAbstract II第1章前言 -1 -1.1 機(jī)器人概述 -1 -1.2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀 -1-1.3機(jī)械手的組成和分類 -3 -機(jī)械手的組成 -3 -機(jī)械手的分類 -4 -1.4 機(jī)器人發(fā)展趨勢 -6 -第2章機(jī)械手設(shè)計方案 -8 -2.1 機(jī)械手基本形式的選擇 -8 -2.1.1 直角坐標(biāo)型機(jī)器人 -8 -2.1.2 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 -8 -2.1.3 極坐標(biāo)型機(jī)器人 -8 -2

7、.1.4 多關(guān)節(jié)機(jī)器人 -9 -2.2 驅(qū)動裝置的選擇 -9 -2.2.1 液壓驅(qū)動 -10 -2.2.2 氣壓驅(qū)動 -10 -2.2.3 電動機(jī)驅(qū)動 -10 -氣動機(jī)械手概述 -11 -氣動機(jī)械手概述 -12 -第3章引拔設(shè)計 -13 -3.1 設(shè)計參數(shù) -13 -3.2 方案設(shè)計 -13 -3.3 引拔機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 -13-3.3.1 引拔氣缸參數(shù)計算 -13-3.3.2 附加導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 -14-第4章機(jī)械臂的設(shè)計 -16 -4.1 設(shè)計參數(shù) -16 -4.2 方案設(shè)計 -16 -4.3 機(jī)械臂氣缸的選用 -16 -431 預(yù)選氣缸的缸徑 -16-432 預(yù)選氣缸行程 -16-433

8、驗算緩沖能力 -17-4.3.4 活塞桿長度的驗算 -17-4.3.5 計算氣缸的空氣消費量 -17-4.3.6 選擇活塞桿端部接頭 -17-4.3.7 選擇氣缸的品種和安裝形式 -17-第5章橫行的設(shè)計 -18 -5.1 設(shè)計參數(shù) -18-5.2 方案設(shè)計 -18-5.3 橫進(jìn)氣缸的選用 -18-5.4 導(dǎo)軌設(shè)計 -19-第6章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 -20 -6.1 夾持器設(shè)計的基本要求 -20-6.2 夾緊裝置設(shè)計 -20-6.2.1 夾緊力計算 -20-6.2.2 驅(qū)動力計算 -21-6.2.3 氣缸驅(qū)動力計算 -21-6.2.4 選用夾持器氣缸 -21-6.2.5 手爪的夾持誤差及分析 -

9、22-6.2.6 楔塊等尺寸的確定 -24-6.2.7 材料及連接件選擇 -27-第7章氣動順序動作的確定 -28-結(jié)論 -29 -參考文獻(xiàn) -30-致謝 -31 -第1章前言1.1 機(jī)器人概述在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工 中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)械化。 機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基

10、礎(chǔ)?！肮I(yè)機(jī)器人”（In dustrial Robot）:多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的 自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機(jī)器 人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前 我國常把具有上述特點的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器 人。簡而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作 位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、 臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機(jī)構(gòu)一一執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

11、像肌肉那樣使手臂運動的 驅(qū)動-傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了 機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動-傳動系統(tǒng)和控制 系統(tǒng)這三部分組成，如圖1-1所示。圖1-1機(jī)器人的一般組成1.2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀機(jī)器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺 機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，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。日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代， 主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則 為開環(huán)式

12、，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、 觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息進(jìn)行反饋， 使機(jī)器人具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算 機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMSFIexible Manufacturing System ）和柔性制造單元 FMCflexible Manufacturing Cell）中的重要一環(huán)。隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多

13、。國際工業(yè)機(jī)器人會議ISIR決定每年召開一次會議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論 數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)器人代替人 工操作的，主要是在危險作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小 等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī) 床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程 序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速

14、發(fā)展和社會的進(jìn)步，針對于上述各個領(lǐng)域的機(jī)器 人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng) 具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批量的 生產(chǎn)過程。計算機(jī)集成制造（CIM）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動化設(shè) 備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系 統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計算機(jī)作為上層主控計算機(jī)，使用 專用機(jī)器人語言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在 EPRO中，這種專用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和

15、軟件。修改封閉系統(tǒng) 的代價是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。 解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。我國雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚 5-6年，但是由于種種原因，工業(yè) 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會獲得快速的發(fā)展。1.3機(jī)械手的組成和分類機(jī)械手的組成機(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。（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、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

16、在本課題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，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。 回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，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，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。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的：手指有外夾式和內(nèi)撐式；指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。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)型式較多時常 用的有:滑槽杠桿

17、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。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)工件是棒料時，使用夾持式手部；當(dāng)工件是板料時，使用氣流負(fù)壓式吸盤。2、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（即姿勢）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)工件是棒料時， 使用夾持式手部；當(dāng)工件是板料時，使用氣流負(fù)壓式吸盤。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓 取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位置工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手 臂運動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)

18、、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)手臂的各種運動。按照抓 取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有四個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。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)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時也可 作橫向移動，即稱為可移式立柱。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，可在機(jī)座上安 滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運動。

19、 滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動裝置。6、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。（二）驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置 組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機(jī)械傳動?？刂葡到y(tǒng)是支配著工 業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運動的系統(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。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩 種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運動， 并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間）， 同時按其控制系統(tǒng)

20、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。（三）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)定的程序運動， 并記憶人們給 予機(jī)械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），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。（四）位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際位置反饋給控制 系

21、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)定位置機(jī)械手的分類工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)， 在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。（一）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、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械 裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等 特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手， 如自動機(jī)床、自動線的上、 下料機(jī)械手。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣 的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其

22、動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用， 驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。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易型和伺服型兩種：簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只 能是點位控制：可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制；同時還可分為伺服型和 一般型的機(jī)械手，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 一般的伺服型通用機(jī)械手 屬于數(shù)控類型。（二）按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。其主要 特點是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝 置要求嚴(yán)格，不然油的

23、泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、 低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)， 可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手 的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。2、氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)械手。其 主要特點是：介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，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。3、機(jī)械傳動機(jī)械手即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間

24、歇機(jī) 構(gòu)等）驅(qū)動的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動力是由工作 機(jī)械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動作頻 率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。4、電力傳動機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。 其中直線電機(jī)機(jī)械手的運動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。（三）按控制方式分1、點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(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

25、工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，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算機(jī)進(jìn)行控制。1.4機(jī)器人發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)， 尤其當(dāng) 機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合， 從而改變目前機(jī)械制造 的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個發(fā)展趨勢：a）提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的 標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個機(jī)械模塊、控制模塊、檢

26、測模塊組成結(jié)構(gòu)不同 的機(jī)器人；b）開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機(jī)構(gòu)用以保證精度； 開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場合；c）研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳 感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來 越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消 費品的產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實力和科學(xué)技術(shù)水平的 重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本

27、國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點之一。 新世紀(jì)，生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動了整個機(jī)械工業(yè)的快速發(fā) 展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動化已成為突出的主題。然而在機(jī)械工 業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序銜接起 來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強(qiáng)度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷 害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機(jī)械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用具有以下意義：可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的 裝配等的自

28、動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。可以改善勞動條件、避免人身事故在咼 溫、咼壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒 性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。 而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)， 大大地改善了工人的勞動 條件。同時，在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(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. 可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng) 用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面

29、。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手， 以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn) 的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。第2章機(jī)械手設(shè)計方案2.1 機(jī)械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種，如圖2-1所示：(1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手；(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；(3)極坐 標(biāo)型機(jī)械手；(4)多關(guān)節(jié)型機(jī)械手。2.1.1 直角坐標(biāo)型機(jī)器人直角坐標(biāo)型機(jī)器人，它在x,y,z軸上的運動是獨立的，3個關(guān)節(jié)都是移動關(guān) 節(jié)，關(guān)節(jié)軸線相互垂直，它主要用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料， 也可用于高精度的裝卸 和檢測和作業(yè)。這種形式的主要特點是：(1) 在三個直線方向上移動，運動容易

30、想象。(2) 計算比較方便。(3) 由于可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，其剛性最大。(4) 要求保留較大的移動空間，占用空間較大。(5) 要求有較大的平面安裝區(qū)域。(6) 滑動部件表面的密封較困難，容易被污染。2.1.2 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人，R、B和x為坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)，其中 R是手臂的徑向 長度，B是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。這種形式的主要特點是：(1) 容易想象和計算。(2) 能夠伸入形腔式機(jī)器內(nèi)部。(3) 空間定位比較直觀。(4) 直線驅(qū)動部分難以密封、防塵及防御腐蝕物質(zhì)。(5) 手臂端部可以達(dá)到的空間受限制，不能到達(dá)靠近立柱或地面的空間。2.1.3 極坐標(biāo)

31、型機(jī)器人極坐標(biāo)型機(jī)器人又稱為球坐標(biāo)機(jī)器人，R,B和B為坐標(biāo)系的坐標(biāo)。其中B是繞手臂支撐底座垂直軸的轉(zhuǎn)動角，B是手臂在鉛垂面內(nèi)的的擺動角。 這種機(jī)器 人運動所形成的軌跡表面是半球面。其特點是：(1) 在中心支架附近的工作范圍較大。(2) 兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封。(3) 覆蓋工作空間較大。(4) 坐標(biāo)系較復(fù)雜，較難想象和控制。(5) 直線驅(qū)動裝置仍存在密封問題。(6) 存在工作死區(qū)。2.1.4 多關(guān)節(jié)機(jī)器人多關(guān)節(jié)機(jī)器人，它是以其各相鄰運動部件之間的相對角位移作為坐標(biāo)系的。B、a和©為坐標(biāo)系的坐標(biāo)，其中B是繞底座鉛垂軸的轉(zhuǎn)角，©是過底座的水平 線與第一臂之間的夾角，a是第二臂相

32、對于第一臂的轉(zhuǎn)角。 這種機(jī)器人手臂可以 達(dá)到球形體積內(nèi)絕大部分位置，所能達(dá)到區(qū)域的形狀取決于兩個臂的長度比例。 其特點是：(1) 動作較靈活，工作空間大。(2關(guān)節(jié)驅(qū)動處容易密封防塵。(3) 工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作。(4) 適合于電動機(jī)驅(qū)動。(5) 運動難以想象和控制，計算量較大。(6) 不適于液壓驅(qū)動。直角坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型極坐標(biāo)型多關(guān)節(jié)型圖2-1 工業(yè)機(jī)械手基本結(jié)構(gòu)形式 本課題要求機(jī)械手為直角坐標(biāo)型.2.2 驅(qū)動裝置的選擇機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有液壓式、氣動式、和電動式。下面將三種驅(qū)動方式 進(jìn)行分析比較。2.2.1 液壓驅(qū)動機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，有以下幾個優(yōu)點：(1) 液壓

33、容易達(dá)到較高的壓力(常用液壓為2.56.3MP8,體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；(2) 液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；(3) 液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制；(4) 液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機(jī)械效率， 使用壽命長。液壓傳動系統(tǒng)的不足之處是：(1) 油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危 險；(2) 液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價較高；(3) 需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則引起故障。液壓驅(qū)動方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服

34、機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān) 節(jié)的驅(qū)動。2.2.2 氣壓驅(qū)動與液壓驅(qū)動相比，氣壓驅(qū)動的特點是：(1) 壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速；(2) 利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動力設(shè)備；(3) 空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；(4) 氣動元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。 它的不足之處是：(1) 壓縮空氣常用壓力為0.40.6MPa,若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對 增大；(2) 空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很 困難；(3) 壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當(dāng)會使鋼類零件生銹， 導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染

35、。氣動式驅(qū)動多用于點位控制、抓取、開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人。2.2.3 電動機(jī)驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動可分為普通交、直流電動機(jī)驅(qū)動，交、直流伺服電動機(jī)驅(qū)動和步 進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動。普通交、直流電動機(jī)驅(qū)動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性 大，適用于中型或重型機(jī)器人。伺服電動機(jī)和步進(jìn)輸出力矩相對小，控制性能好， 可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。交、 直伺服電動機(jī)一般用 于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動機(jī)則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置 精度要求不咼的場合。224氣動機(jī)械手概述氣動機(jī)械手由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu) 成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)

36、編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī) 電一體化自動化設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高 產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的 作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智 能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)， 是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的 領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是 在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電 子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間 持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是

37、機(jī)器的進(jìn)化過 程產(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) 域不可缺少的自動化設(shè)備機(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、搬運或操作的自動機(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)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式

38、開始比較簡單，專用性較強(qiáng)， 僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，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。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。對氣動機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 -放和搬運物件，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（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

39、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、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī) 械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求；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，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .由于氣壓驅(qū)動氣源容易獲得，無污染，故本設(shè)計確定選用氣壓驅(qū)動。224氣動機(jī)械手概述氣動機(jī)械手由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu) 成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī) 電一體化自動化設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高 產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的

40、作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智 能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的 領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器人并不是 在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電 子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間 持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過 程產(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) 域不可缺少的自動化設(shè)備機(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

41、運或操作的自動機(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)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)， 僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，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

42、手”，簡稱通用機(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。對氣動機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 -放和搬運物件，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（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、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī) 械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求；盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程

43、，兼 顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .第3章引拔設(shè)計3.1設(shè)計參數(shù)(1) 伸縮長度：160mm(2) 單方向伸縮時間：12S;(3) 定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于 2mm(4) 前端安裝機(jī)械臂連接塊，伸縮終點無剛性沖擊；3.2 方案設(shè)計氣動驅(qū)動方案伸縮原理采用單出桿雙作用氣動油缸， 手臂縱向移動時采用單 向調(diào)速閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，接近終點時，發(fā)出信號，進(jìn)行調(diào)速緩沖，靠氣缸行程極 限定位，采用附加導(dǎo)向桿防止轉(zhuǎn)動，采用電液換向閥，控制伸縮方向。1、引拔2、小型導(dǎo)向氣缸 3、機(jī)械臂連接塊4、附加導(dǎo)向桿圖3-1引拔示意圖3.3引拔機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1 引拔氣缸參數(shù)計算預(yù)選氣缸的缸

44、徑及缸桶壁厚：根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)，確定氣缸的軸向負(fù)載力F。取卩=0.2 F=卩 W=0.2*300=60 (N)(3-1 )【6】根據(jù)負(fù)載的運動狀態(tài)，預(yù)選氣缸的負(fù)載率n。取n =50%根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力p°p應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85% 已知F, n和P,對雙作用氣缸，預(yù)選桿徑與缸徑之比d/D=0.30.4 ,由式(3-2 )至式(3-4)，便可選定缸徑D,缸徑D的尺寸應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化.p = 0.49MPa(3-2 )【6】兀2F-D2p4(3-3)【6】加F100%(3-4)【6】F0解得 M 17.66 考慮到氣缸的行程比較長缸徑 D取'2°。缸桶壁

45、厚可根據(jù)薄壁筒的計算公式計算：pD12 漢 4b2=0.05(cm)2石2辺4.9如02(3-4)【6】式中D為缸筒內(nèi)徑(cm), p為缸筒承受的最大氣壓力(MPa), c 為缸筒材 料的需用應(yīng)力(MPa。缸筒壁厚的實際取值，對于一般用途氣缸約取計算值的 7倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn) 管材尺寸，這里b取10mm預(yù)選氣缸行程：根據(jù)氣缸的操作距離及傳動機(jī)構(gòu)的行程比預(yù)選氣缸行程為160mm驗算緩沖能力：根據(jù)氣缸的運動狀態(tài)是輸出拉力、負(fù)載率n=50%氣缸的行程L=160mn和氣缸的動作時間t=1.5s,由氣動手冊P293圖9-7可查得氣缸的理 論基準(zhǔn)速度U0=700.由表9-20，可查得氣缸的最大速度Umax與

46、理論基準(zhǔn)速度u。之 比a值為0.9，從而求的氣缸的最大速度Umax=630。查得氣缸的負(fù)載質(zhì)量 M和最大速度Umax的交點在預(yù)選氣缸缸徑的緩沖曲線1之下，表示負(fù)載運動的動能 -MU：ax小于氣缸允許吸收的最大能量，所以該預(yù)選2缸徑的緩沖能力滿足要求。活塞桿長度的驗算：查氣動手冊CG120系列氣缸活塞桿受軸向壓力而不失去穩(wěn)定性的最大行程為290mn大于要求行程160mm故滿足要求。計算氣缸的空氣消費量：該氣缸的空氣消費量為 qca =0.0157(D2L d2ld)N(p 0.102) 19(L/min)選擇氣缸的品種和安裝形式：長沙華德液壓氣動有限公司生產(chǎn)的QGCXDHQ)系列小型導(dǎo)向桿式氣缸

47、 QGCXDH20-20能滿足要求。選擇磁性開關(guān)：根據(jù)表10-15可查的磁性開關(guān)的品種及安裝方式為采用鋼帶固定的有觸點舌簧型D-C73L，采用直接出線式的接線方式，導(dǎo)線長為 3m選擇活塞桿端部聯(lián)結(jié)形式：采用螺釘連接。3.3.2 附加導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計附加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：附加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保證氣缸缸活塞桿伸出時機(jī)械 臂連接塊的方向性，提供機(jī)構(gòu)剛度，保證伸縮量的準(zhǔn)確性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外形尺寸及材料：導(dǎo)向選擇鋼管導(dǎo)向，鋼管為引拔上的一部分，經(jīng)配合 連接而成；機(jī)械臂連接塊則在其上滑動且其的引拔端部靠近部分。材料選擇為45號鋼.，如圖3-2所示：21導(dǎo)向鋼管2、端部頂板3 、螺母圖3-2 附加導(dǎo)向桿引拔范圍控

48、制與調(diào)整：引拔伸縮范圍控制靠行程開關(guān)，保證把工件精確地取 出。行程開關(guān)使用LXW4-11型微型開關(guān)。圖3-3 LXW4-11型微型開關(guān)第4章機(jī)械臂的設(shè)計4.1設(shè)計參數(shù)(1) 伸縮長度：550mm(2) 單方向伸縮時間：2.53.5S ;(3) 前端安裝機(jī)械手，伸縮終點無剛性沖擊;4.2方案設(shè)計氣動驅(qū)動方案伸縮原理：采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時采用單向 調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速，接近終點時，發(fā)出信號，進(jìn)行調(diào)速緩沖，靠氣缸行程極限定位, 采用電磁換向閥，控制伸縮方向。4.3機(jī)械臂氣缸的選用4.3.1預(yù)選氣缸的缸徑根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)，確定氣缸的軸向負(fù)載力F。取卩=0.8 F=卩 W=0.8*100=8

49、0 (N)(4-1 )【6】根據(jù)負(fù)載的運動狀態(tài)，預(yù)選氣缸的負(fù)載率n。取n =50%根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力p°p應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85% 已知F, n和P,對雙作用氣缸，預(yù)選桿徑與缸徑之比d/D=0.30.4 ,由式(4-2 ) 至式(4-4)，便可選定缸徑D,缸徑D的尺寸應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化.p = 0.49MPa(4-2)【6】玄 2【6】F。D2p(4-3) 16 】4r 二 f 100%(4-4)【6】F 0解得 M 17.75 考慮到氣缸的行程比較長缸徑 D取'40。缸桶壁厚可根據(jù)薄壁筒的計算公式計算：匕一且 12 5 2 =0.061(cm)(4-5)【6】2

50、二2 4.9 10式中D為缸筒內(nèi)徑(cm)，p為缸筒承受的最大氣壓力(MPa), c 為缸筒材 料的需用應(yīng)力(MPa。缸筒壁厚的實際取值，對于一般用途氣缸約取計算值的 7倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn) 管材尺寸，這里b取10mm4.3.2 預(yù)選氣缸行程根據(jù)氣缸的操作距離及傳動機(jī)構(gòu)的行程比預(yù)選氣缸行程為550mm433驗算緩沖能力根據(jù)氣缸的運動狀態(tài)是輸出拉力、 負(fù)載率n =50%氣缸的行程L=550mn和氣 缸的動作時間t=2s,由氣動手冊P293圖9-7，可查得氣缸的理論基準(zhǔn)速度 Uo=5OO.由表9-20，可查得氣缸的最大速度Umax與理論基準(zhǔn)速度Uo之比a值為 0.95，從而求的氣缸的最大速度Umax

51、=475。查的氣缸的負(fù)載質(zhì)量 M和最大速度Umax的交點在預(yù)選氣缸缸徑的緩沖曲線1 2之下，表示負(fù)載運動的動能 Mulax小于氣缸允許吸收的最大能量，所以該預(yù)選 缸徑的緩沖能力滿足要求。4.3.4 活塞桿長度的驗算查氣動手冊關(guān)于CG1-40氣缸活塞桿受軸向壓力而不是去穩(wěn)定性的最大 行程為600mn大于要求行程550mm故滿足要求。4.3.5 計算氣缸的空氣消費量該氣缸的空氣消費量為 qca =0.0157(D2L d2ld)N(p 0.102)12(L/min)4.3.6 選擇活塞桿端部接頭選擇活塞桿的端部接頭，因需要避免工件與活塞桿的軸向偏心而得出采用法 蘭型。4.3.7 選擇氣缸的品種和安

52、裝形式CM系列小型可緩沖氣缸CM40-600F1-SK2 .安裝形式為前端法蘭式圈禪祎*“花杭I刑違世：亂珂公詞 住國廿小醪汽癥些孫上期開垠 的H-H沖舲骨的f自睜神蟲捕幣戒和宅邯用戒， 可帶晦性打關(guān)"圖 4-1 CM40-600F1-SK2 氣缸A A第5章橫行的設(shè)計5.1設(shè)計參數(shù)(1) 橫行長度：1000mm(2) 單方向伸縮時間：3.54.5S ;(3) 定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于 2mm(4) 缸體與引拔連接推動引拔左右移動，伸縮終點無剛性沖擊;5.2方案設(shè)計氣動驅(qū)動方案伸縮原理：因為橫行長度達(dá)到了 1000mm故考慮采用采用無 桿氣缸驅(qū)動。無桿氣缸沒有普通氣缸的剛

53、性活塞桿，它利用活塞直接實現(xiàn)往復(fù)運 動。這種氣缸最大優(yōu)點是節(jié)省安裝空間，特別適用于小缸徑長行程的場合。結(jié)構(gòu)設(shè)計：基體部分做成肋板形式與基座相連，減少橫行部分的總體質(zhì)量， 橫行面上采用導(dǎo)軌形式，進(jìn)行橫向定位并承受機(jī)械手重量， 采用三位五通電磁換 向閥，控制橫進(jìn)方向。如圖5-11、無桿氣缸2 、導(dǎo)軌圖5-1橫行基座3 、基座5.3橫進(jìn)氣缸的選用本次橫進(jìn)氣缸預(yù)選 AMRK列的磁耦式無桿氣缸根據(jù)導(dǎo)向精度、最大允許負(fù)載和最大允許力矩選用無桿氣缸的系列和缸徑。 最大允許負(fù)載和最大允許力矩與導(dǎo)向型式、受力姿勢、活塞運動和缸徑有關(guān)。由于考慮氣缸不能承受大的集中載荷，故在氣缸兩側(cè)設(shè)立2個導(dǎo)軌代替氣缸 承受機(jī)械臂

54、的質(zhì)量，故氣缸的承受載荷不予慮。因為橫進(jìn)系統(tǒng)的額定最大行程為 1000mm根據(jù)AMR系列的行程如表1由于氣缸的推力F等于導(dǎo)軌與重物的摩擦力，已知重物的質(zhì)量約為1600N,導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) f =0.002-0.003,所以 F 二 FMax 二 fN =1600 0.003= 4.8N預(yù)選氣缸缸徑為，因為氣缸的工作壓力為 0.49MPa由圖5-2查的本氣缸 的理論輸出力為220N,滿足系統(tǒng)要求。表1 ANR系列行程圖AMRB圖5-2 理論輸出力圖AMRG161650500mm50700mm20201001500mm1001500mm25251001500mm1001500mm10 1050500

55、mm50500mm確定該行程的氣缸為 AMR25-10005.4 導(dǎo)軌設(shè)計鋼:一般用尋軌：45鋼、40Cr、T8A T10A GCr15 GCr15SiMn等表面淬火 或全淬；要求高的導(dǎo)軌，常采用20Ce 20CrMnT、15鋼等，滲碳淬硬到5662HRC 磨削加工后淬硬深度不低于1.5mm;兩條導(dǎo)軌一條采用矩形截面一條采用三角形截面，在橫向定位的同時也降低 安裝精度。第6章機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1 夾持器設(shè)計的基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力；（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。設(shè)計參數(shù)及要求（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊一放松；（2）所要抓緊的工件直徑為80mm放松時的兩抓的最大距離為110-120mm/s， 1s 抓緊,夾持速度 20mm/s（3）工件的材質(zhì)為2kg；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由氣缸提供動力。6.2 夾緊裝置設(shè)計6.2.1 夾緊力計算手指夾在工件上的夾緊力是設(shè)計手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作 用點進(jìn)行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下列公式計算：【4】F K1K2K3G