機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械手參考

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　本文通過(guò)對(duì)機(jī)械手的組成和分類(lèi)，及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r的了解，對(duì)本課題任務(wù)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。確定了機(jī)械手用三自由度和圓柱坐標(biāo)型式。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)

2、；以及設(shè)計(jì)了機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手伸縮，升降，回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度及手爪的開(kāi)合。驅(qū)動(dòng)方式由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂伸縮和升降，異步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　運(yùn)用了FX 系列可編程序控制器（PLC）對(duì)上下料機(jī)械手進(jìn)行控制, 論述了電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì), 控制軟件結(jié)構(gòu)以及手動(dòng)控制程序和自動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手，氣缸，可編程序控制器</p>

3、;<p><b>　　窗體頂端</b></p><p><b>　　窗體底端</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　1 緒言1<

4、;/b></p><p>　　1.1 機(jī)械手的概述1</p><p>　　1.2 我國(guó)機(jī)械手的發(fā)展1</p><p>　　1.3 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景3</p><p>　　1.4 PLC概念的由來(lái)和產(chǎn)生5</p><p>　　1.5 本課題設(shè)計(jì)要求8</p><p>

5、;　　2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　2.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成9</p><p>　　2.2 機(jī)械手基本形式的選擇10</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇11</p><p>　　2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表11</p><p>　　3 機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)13<

6、/p><p>　　3.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)概述13</p><p>　　3.2 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析14</p><p>　　4 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算15</p><p>　　4.1 手部結(jié)構(gòu)15</p><p>　　4.2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算16</p><p>　　4.3 夾緊氣缸的

7、設(shè)計(jì)18</p><p>　　5 機(jī)械手手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1 手臂的設(shè)計(jì)要求24</p><p>　　5.2 伸縮氣壓缸的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.3 導(dǎo)向裝置29</p><p>　　6 機(jī)械手腰部和基座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算30</p><p>　　

8、6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30</p><p>　　6.2 控制手臂上下移動(dòng)的腰部氣缸的設(shè)計(jì)30</p><p>　　6.3 導(dǎo)向裝置34</p><p>　　6.4 平衡裝置34</p><p>　　6.5 基座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35</p><p>　　7 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)38</p><p>　　7

9、.1 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖38</p><p>　　8 機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)40</p><p>　　8.1 可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程40</p><p>　　8.2 可編程序控制器的使用步驟41</p><p>　　8.3 機(jī)械手可編程序控制器控制方案41</p><p><b>

10、　　9 總結(jié)55</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)56</b></p><p><b>　　1 緒言</b></p><p>　　1.1 機(jī)械手的概述</p><p>　　機(jī)械手（又稱(chēng)機(jī)器人，機(jī)械人，英文名稱(chēng)：Robot），在人類(lèi)科技發(fā)展史上其來(lái)有自。早在三國(guó)時(shí)代，諸

11、葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國(guó)人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機(jī)器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學(xué)幻想所系的“永動(dòng)機(jī)”、太空探險(xiǎn)以及夢(mèng)想解決人的機(jī)能所無(wú)法達(dá)致境界的求新意念，推動(dòng)科學(xué)家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機(jī)械。上世紀(jì)六、七十年代的自動(dòng)化機(jī)器、無(wú)人操縱的飛行器等等，即是此產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條上的一個(gè)大膽的嘗試與突破。雖然，后來(lái)電腦、電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)引開(kāi)了人們關(guān)注的熱點(diǎn)，但關(guān)于機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)一直在持續(xù)進(jìn)行著。而近二十年中，

12、因?yàn)殡娔X技術(shù)、電子產(chǎn)品及生物遺傳工程等技術(shù)的大踏步發(fā)展，“機(jī)械手”的研發(fā)熱潮已從專(zhuān)業(yè)人士的實(shí)驗(yàn)室中走了出來(lái)，成為一種綜合科研能力的開(kāi)發(fā)活動(dòng)，參與者也打破了各行各業(yè)的劃地為牢、各自為政的困局，開(kāi)始了縱橫連合，爭(zhēng)奇斗妍，蔚成熱潮的研究與制作嘗試。</p><p>　　機(jī)械手的研究從一開(kāi)始就是擬人化的，所以才有機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)與制作，也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái)，機(jī)械手的開(kāi)發(fā)不僅越來(lái)越

13、優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開(kāi)發(fā)，月球車(chē)，深海探測(cè)器，海洋石油開(kāi)采，航天飛機(jī)機(jī)械臂等，小至微型手術(shù)機(jī)械，生命監(jiān)測(cè)儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈器、清除地雷器到無(wú)人駕駛飛機(jī)、戰(zhàn)車(chē)，有人甚至預(yù)測(cè)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)可能如星球大戰(zhàn)一樣，是機(jī)械手的戰(zhàn)爭(zhēng)。至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遺傳生物產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)、電訊業(yè)、能源開(kāi)發(fā)，都將因機(jī)械手的大量登場(chǎng)而出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。英國(guó)電訊公司未來(lái)學(xué)部門(mén)研究員曾因準(zhǔn)確預(yù)測(cè)手機(jī)短訊、垃圾電郵

14、及網(wǎng)上搜尋引擎的出現(xiàn)而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預(yù)測(cè)中，其中就有數(shù)條是關(guān)于機(jī)械手的。</p><p>　　1.2 我國(guó)機(jī)械手的發(fā)展</p><p>　　第一臺(tái)機(jī)械手出現(xiàn)后20年，我國(guó)于1972年開(kāi)始研制機(jī)械手，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個(gè)研究單位和院校分別開(kāi)發(fā)了固定程序、結(jié)合式、液壓伺服型同用機(jī)械手，并開(kāi)始了機(jī)構(gòu)學(xué)（包括步行機(jī)構(gòu)）、計(jì)算機(jī)控制和應(yīng)用技術(shù)的研究

15、，這些機(jī)械手大約有1/3用于生產(chǎn)。</p><p>　　在該技術(shù)的推動(dòng)下，隨著改革開(kāi)放方針的實(shí)施，我國(guó)機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持，在80年代中期，國(guó)家組織了對(duì)工業(yè)機(jī)械手的需求的行業(yè)的調(diào)研，結(jié)果表明，對(duì)第二代工業(yè)機(jī)械手的需求主要集中于汽車(chē)行業(yè)（占總需要的60%～70%）。在眾多的專(zhuān)家的建議和規(guī)劃下，于“七五”期間，由機(jī)電部主持，中央各部委，中科院及地方十幾所科研院所和大學(xué)參加，國(guó)家投入相當(dāng)?shù)馁Y金，進(jìn)行了工

16、業(yè)機(jī)械手基礎(chǔ)技術(shù)，基礎(chǔ)元器件，幾類(lèi)工業(yè)機(jī)械手整機(jī)及應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)研究，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)械手成套技術(shù)（包括機(jī)械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)單元、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開(kāi)發(fā)，研制出噴涂、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)械手整機(jī)，幾類(lèi)專(zhuān)用和通用控制系統(tǒng)及幾類(lèi)關(guān)鍵元部件如交、直流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元機(jī)械手專(zhuān)用薄壁軸承、諧波傳動(dòng)系統(tǒng)、焊接電源和變壓器等，并在生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)實(shí)用考核，其主要性能指標(biāo)達(dá)到80年代初國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的水平，且

17、形成小批量生產(chǎn)能力。在應(yīng)用方面，在第二汽車(chē)廠(chǎng)建立的我國(guó)第一條采用國(guó)產(chǎn)機(jī)械手的生產(chǎn)線(xiàn)－東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機(jī)械手噴涂生產(chǎn)線(xiàn)，該線(xiàn)由7臺(tái)國(guó)產(chǎn)PJ系列噴涂機(jī)械手和PM系列噴涂機(jī)械手和周邊設(shè)備構(gòu)成，已運(yùn)行</p><p>　　為了跟蹤國(guó)外高技術(shù)，80年代在國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃中，安排了智能機(jī)械手的研究開(kāi)發(fā)，包括水下無(wú)纜機(jī)械手，高功能裝配機(jī)械手（DD驅(qū)動(dòng)）和各類(lèi)特種機(jī)械手，進(jìn)行了智能機(jī)械手體系結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)控制，人工智能機(jī)器視覺(jué)

18、，高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究已取得一批成果。這些技術(shù)的實(shí)用化將加速我國(guó)第二代機(jī)械手的發(fā)展[2]。</p><p>　　經(jīng)過(guò)80年代尤其是后50年的努力，吸引了160多個(gè)單位從事機(jī)械手及其相關(guān)技術(shù)的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機(jī)械手技術(shù)地區(qū)和十幾家優(yōu)勢(shì)單位，培養(yǎng)了一支2000多人的工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)、研制、應(yīng)用隊(duì)伍，造就了一批機(jī)械手專(zhuān)家，使我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國(guó)內(nèi)。</p>

19、;<p>　　90年代初期，我國(guó)主要開(kāi)發(fā)下列機(jī)械手：</p><p><b>　?。?）噴涂機(jī)械手</b></p><p><b>　?。?）焊接機(jī)械手</b></p><p><b>　?。?）搬運(yùn)機(jī)械手</b></p><p><b>　?。?）裝配

20、機(jī)械手</b></p><p>　　在90年代中期，國(guó)家已選擇以焊接機(jī)械手的工程應(yīng)用為重點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機(jī)械手應(yīng)用工程成套開(kāi)發(fā)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等技術(shù)，即以機(jī)械手焊接工藝為龍頭，開(kāi)展焊裝線(xiàn)總體設(shè)計(jì)、線(xiàn)體總控及多機(jī)通訊，新型焊接機(jī)械手用焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、焊縫跟蹤系統(tǒng)、機(jī)電精度、控制技術(shù)等開(kāi)發(fā)及完善化，以及幾條焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的全套應(yīng)用及其可行性作為主攻目標(biāo)。</p&

21、gt;<p>　　雖然我國(guó)的機(jī)械手研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項(xiàng)目，但據(jù)說(shuō)，中國(guó)科學(xué)院目前已造出說(shuō)話(huà)時(shí)嘴唇能夠活動(dòng)、眼睛能轉(zhuǎn)動(dòng)、具視覺(jué)功能的機(jī)械手，其水準(zhǔn)可媲美日本同行，但這臺(tái)機(jī)械手體形甚大，卻未能以雙腳走路。在日本，機(jī)械手能否以二腳行走已成為一個(gè)熱門(mén)及熟練的技術(shù)競(jìng)賽項(xiàng)目，譬如有“二足機(jī)械人競(jìng)賽大會(huì)”（分等級(jí)）。其實(shí)，機(jī)械手的制作絕對(duì)并非只是液壓機(jī)械與電子產(chǎn)品的混成物，要將機(jī)械手造得越來(lái)越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、

22、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面，比如機(jī)械手的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國(guó)的科學(xué)家甚至預(yù)言，到2020年，隨著機(jī)械手愈來(lái)愈精密和使用有機(jī)零件制造，它們將會(huì)受到“機(jī)械手權(quán)”的保護(hù)。</p><p>　　1.3 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景</p><p>　　1.3.1 氣動(dòng)技術(shù)及氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展過(guò)程&l

23、t;/p><p>　　近20年來(lái), 氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬, 尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合, 使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高, 控制方式更靈活, 性能更加可靠； 氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的迅速發(fā)展, 對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求; 微電子技術(shù)的引入, 促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展, 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展, 使氣動(dòng)技術(shù)從開(kāi)關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制, 控制精度不斷提高; 由

24、于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn), 國(guó)內(nèi)外都在大力開(kāi)發(fā)研究。</p><p>　　從各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看, 近30多年來(lái), 氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代, 液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為9∶1, 而30多年后的今天, 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國(guó)家, 該比例已達(dá)到6∶4, 甚至接近5∶5。我國(guó)的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚, 但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始, 氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)

25、20%以上, 高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用, 氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　氣動(dòng)技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源, 以壓縮空氣為工作介質(zhì), 進(jìn)行能量傳遞或信號(hào)傳遞的工程技術(shù),是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動(dòng)控制的重要手段之一。</p><p>　　大約開(kāi)始于1776年, Johnwil

26、kimson發(fā)明能產(chǎn)生1個(gè)大氣壓左右壓力的空氣壓縮機(jī)。1880年, 人們第一次利用氣缸做成氣動(dòng)剎車(chē)裝置, 將它成功地用到火車(chē)的制動(dòng)上。20世紀(jì)30年代初, 氣動(dòng)技術(shù)成功地應(yīng)用于自動(dòng)門(mén)的開(kāi)閉及各種機(jī)械的輔助動(dòng)作上。至50年代初, 大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過(guò)來(lái), 體積很大。60年代，開(kāi)始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng), 自成體系, 不再與風(fēng)動(dòng)技術(shù)相提并論。在70年代, 由于氣動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用, 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80年代

27、進(jìn)入氣動(dòng)集成化、微型化的時(shí)代。90年代至今, 氣動(dòng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū), 經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展, 人們克服了閥的物理尺寸局限, 真空技術(shù)日趨完美, 高精度模塊化氣動(dòng)機(jī)械手問(wèn)世, 智能氣動(dòng)這一概念產(chǎn)生, 氣動(dòng)伺服定位技術(shù)使氣缸高速下實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)自動(dòng)定位, 智能閥島十分理想地解決了整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的分散與集中控制問(wèn)題。</p><p>　　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

28、污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手強(qiáng)調(diào)模塊化的形式, 現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動(dòng)機(jī)械手在控制方面采用了先進(jìn)的閥島技術(shù)(可重復(fù)編程等) , 氣動(dòng)伺服系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)任意位置上的精確定位) , 在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。</p><p>　　90年代初, 由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開(kāi)發(fā)研制的電子氣動(dòng)機(jī)械手——“阿基里斯”六腳勘探員, 是氣動(dòng)技

29、術(shù)、PLC控制技術(shù)和傳感技術(shù)完美結(jié)合產(chǎn)生的“六足動(dòng)物”6個(gè)腳中的每一個(gè)腳都有3個(gè)自由度, 一個(gè)直線(xiàn)氣缸把腳提起、放下, 一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)控制腳伸展/退回運(yùn)動(dòng), 另一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。</p><p>　　由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的氣動(dòng)攀墻機(jī)械手, 它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體, 成功地解決了垂直攀緣等視為危險(xiǎn)工作的操作問(wèn)題。</p><p>　　Tron-X電子氣動(dòng)

30、機(jī)械手, 能與人親切地握手,它的頭部、腰部、手能與人類(lèi)一樣彎曲運(yùn)動(dòng), 并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下(或通過(guò)自身的編程控制) 能與人進(jìn)行對(duì)話(huà), 或作自我介紹等。Tron-X電子氣動(dòng)機(jī)械手集電子技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)和人工智能為一體, 它告訴我們, 氣動(dòng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手中最難解決的靈活的自由度, 具有在足夠工作空間的適應(yīng)性、高精度和快速靈敏的反應(yīng)能力。</p><p>　　1.3.2 氣動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀&l

31、t;/p><p>　　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(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)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(chē)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、精密儀器和軍事上。</p><p

32、>　　現(xiàn)代汽車(chē)制造工廠(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn), 尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線(xiàn), 大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車(chē)身在每個(gè)工序的移動(dòng)； 車(chē)身外殼被真空吸盤(pán)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(guò)程的高度自動(dòng)化, 堪稱(chēng)是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)械手應(yīng)用之一。</p><p>　　在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線(xiàn)

33、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(xiàn)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(pán)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,

34、 牛奶盒裝箱氣動(dòng)機(jī)械手等。 此外, 氣動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如: 氣動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)病床,機(jī)械手,外科手術(shù)機(jī)械手等[3]。</p><p>　　1.3.3 發(fā)展前景及方向</p><p><b>　?。?）重復(fù)高精度</b></p><p><b>　?。?）模塊化</b></p>

35、<p><b>　?。?）無(wú)給油化</b></p><p><b>　?。?）機(jī)電氣一體化</b></p><p>　　氣動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程, 隨著氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室, 氣動(dòng)技術(shù)及氣動(dòng)機(jī)械手迎來(lái)了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國(guó)和歐盟氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)機(jī)械手三足鼎立的局面。我國(guó)對(duì)氣動(dòng)技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械手的研究與應(yīng)用都

36、比較晚, 但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大, 我國(guó)自主研制的許多氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)在汽車(chē)等行業(yè)為國(guó)家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機(jī)械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用, 為研究高性能的氣動(dòng)機(jī)械手奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動(dòng)機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 可以預(yù)見(jiàn), 在不久的將來(lái), 氣動(dòng)機(jī)械手將越來(lái)越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。</p

37、><p>　　1.4 PLC概念的由來(lái)和產(chǎn)生</p><p>　　1.4.1 PLC的產(chǎn)生</p><p>　　早期的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，從而被稱(chēng)為可編程邏緝控制器(Pro-grammable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器不僅可以實(shí)現(xiàn)邏輯

38、控制．還能實(shí)現(xiàn)模擬量、運(yùn)動(dòng)和過(guò)程的控制以及數(shù)據(jù)處理及通信。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEKA)經(jīng)過(guò)4年的調(diào)查工作，于]980年正式將可編程控制器命名為PC(Programmable controller）。但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)Pc相區(qū)別，也將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC，并給PLC作了定義：可編程控制器是—種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入／輸出接口：以位運(yùn)算為主，</p><p>　　能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算

39、等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制裝置。</p><p>　　1982年，國(guó)際電電工委員會(huì)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第1稿，1985年提交了第2稍．并在1987年的第3稿中對(duì)PLC作了如下的定義：PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬量的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的生產(chǎn)機(jī)械或生

40、產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。，”</p><p>　　上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)．用面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)的“自然語(yǔ)言”編程的一種簡(jiǎn)珍易懂、操作簡(jiǎn)便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。PLC是是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的主要手段和重要的自動(dòng)化控制

41、設(shè)備，具有能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1.4.2 PLC的發(fā)展</p><p>　　1．早期的PLC(20世紀(jì)60年代來(lái)至20世紀(jì)70年代中期)</p><p>　　一般稱(chēng)為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC主要是作為繼電器控制裝置的替代物而出現(xiàn)的．其主要功能是執(zhí)行原件由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等功能，將繼電器的“硬接線(xiàn)’，控制方式

42、變?yōu)椤败浗泳€(xiàn)”方式。</p><p>　　早期的PLC在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上做了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件相中小規(guī)模集成電路．存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾能力。</p><p>　　在軟件編程方面，采用了廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線(xiàn)路的方式，即梯形圖。因此，早期的LC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝

43、置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂、便于安裝、體積小、能耗低、有故降指示、能重復(fù)使用等。梯形圖作為PLC特有的編程語(yǔ)言一直沿用至今。</p><p>　　2．中期的PLC(20世紀(jì)70年代個(gè)期至80年代中、后期)</p><p>　　20世紀(jì)70年代初期．出現(xiàn)了微處理器．由于體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格便宜，很快被用于PLC。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠(chǎng)家先后開(kāi)始采用微處理器作為PLC的小央處理單元(CPU)，使

44、PLC的功能增強(qiáng)、工作速度加快、體積減小、可靠性提高、成本下降。</p><p>　　中期的PLC在硬件方面，除了保持原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬且模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊和各種其他特殊功能的模塊；擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，增加了各種邏輯線(xiàn)明的數(shù)量；還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，使PLC應(yīng)用范圍擴(kuò)大。</p><p>　　征軟件力方面，除了保持原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，中期的PLC還

45、增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信、白診斷等功能，指令系統(tǒng)大為豐富，系統(tǒng)可靠性也得到了提高。</p><p>　　3,近期的PLC（20世紀(jì)80年代中、后期至今)</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)80年代中、后期，由于放大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展．微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌．使得各種類(lèi)型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，備制造廠(chǎng)商還紛紛研制

46、開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用邏輯處理芯片。這樣使得LC在軟、硬件功能上都發(fā)生了巨大變化。</p><p>　　現(xiàn)代PLC不僅完全勝任對(duì)大量開(kāi)關(guān)量信號(hào)的邏輯控制，還具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)動(dòng)控制、PID控制等模擬量信號(hào)處理能力，同時(shí)PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力大大增強(qiáng)，可以構(gòu)成功能完善的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化管理。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，現(xiàn)代PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所靳的工業(yè)部門(mén)。</p><p>　　1.4

47、.3 PLC的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　白從美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)PLC以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼研制出各自的PLC。20世紀(jì)70年代中期在PLC引入了微機(jī)技術(shù)、使PLC的功能不斷增強(qiáng)，質(zhì)量不斷的提高．應(yīng)用日益廣泛。目前PLC己廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造，石油，化工，冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)邏輯、步進(jìn)、數(shù)字、機(jī)器人、模擬量等的自動(dòng)控制．有人認(rèn)為PLC已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基

48、礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備。據(jù)資料介紹．美國(guó)一家公司曾經(jīng)對(duì)美國(guó)石油化工、冶金、食品、制藥、機(jī)械等行業(yè)400多個(gè)工廠(chǎng)企業(yè)進(jìn)行凋查的結(jié)果表明，PLC的需求占各類(lèi)自動(dòng)化儀表或自動(dòng)化控制設(shè)備之首。有82％的廠(chǎng)家使用PLC。</p><p>　　1971年日本從美國(guó)引進(jìn)PLC技術(shù)，很快就研制出日本第一臺(tái)DSC-8型PLC，早在1984</p><p>　　年日本就有30多個(gè)PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)家，產(chǎn)品達(dá)60種以上。西歐

49、1973年已研制出它們的第一臺(tái)PLC。并且發(fā)展很快，年銷(xiāo)售增產(chǎn)率20％以上。目前世界上眾多PLC制造廠(chǎng)家中，比較著名的幾個(gè)大公司有美國(guó)A-B公司，哥德公司，德州儀器公司，通用電氣公司，德國(guó)的西門(mén)子公司，日本的三菱公司，東芝公司，富士公司和歐姆龍公司等。PLC技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化四大技術(shù)（PLC技術(shù)，數(shù)控技術(shù)，機(jī)器人，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析）支柱之一。</p><p>　　我國(guó)研制與應(yīng)用PLC起步較晚，1973年開(kāi)始

50、研制，1977年開(kāi)始應(yīng)用。20世紀(jì)80年代初以前發(fā)展較慢。20世紀(jì)80年代隨著成套設(shè)備或?qū)I(yè)設(shè)備的引進(jìn)了不少PLC，例如寶鋼一期工程整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)上就使用了數(shù)百臺(tái)的PLC，二期工程將使用更多的PLC。進(jìn)幾年來(lái)國(guó)外PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，我國(guó)已有許多單位在消化吸收PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上仿制或研制了PLC產(chǎn)品。20世紀(jì)80年代中后期，我郭開(kāi)發(fā)應(yīng)用PLC技術(shù)發(fā)展迅速．有資料介紹東風(fēng)汽車(chē)公司裝備系統(tǒng)從1986起，全面采用PLC對(duì)老設(shè)備進(jìn)行更新改造，

51、截止1991年止一共改造設(shè)備1000多臺(tái)，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。1995年廣州第二電梯廠(chǎng)，尾巴PLC成功的應(yīng)用于技術(shù)要求更加復(fù)雜的高層電梯控制上，并已投入批量生產(chǎn)。廣東佛山市中聯(lián)自動(dòng)控制工程公司．近幾年來(lái)已為多個(gè)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)制造了PLC控制裝置幾十套，成功應(yīng)用于、陶瓷窯爐瓷磚輸送線(xiàn)等生產(chǎn)線(xiàn)和其他自動(dòng)控制生產(chǎn)設(shè)備上。從近幾年召開(kāi)的學(xué)術(shù)會(huì)議及有關(guān)文獻(xiàn)介紹可見(jiàn)．我國(guó)研制尤其是應(yīng)用PLC技術(shù)日益廣泛，更加成熟。</p><p&

52、gt;　　隨著PLC技術(shù)的推光和應(yīng)用,PLC將向兩個(gè)方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，</p><p>　　另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。</p><p>　　PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC向多功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展．使之能與計(jì)算機(jī)組成集成按制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合的自動(dòng)控制o</p><p>　　PLC向小型化方向發(fā)展，主

53、要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上．產(chǎn)品的體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)；應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高。</p><p>　　另外，PLC在軟件方面也將有較大的發(fā)展。系統(tǒng)的開(kāi)放使第三方的軟件能方便地在符合開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的PLC上得到移植。除了采用標(biāo)準(zhǔn)化的硬件外，采用標(biāo)準(zhǔn)化的軟件也能大大縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的軟件由于經(jīng)受了實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，它的可靠性

54、也明顯提高。</p><p>　　總之，PLC的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)。</p><p>　　1.5 本課題設(shè)計(jì)要求</p><p>　　本課題將要完成的主要任務(wù)如下:</p><p>　?。?）機(jī)械手為通用機(jī)械手，因此相對(duì)于專(zhuān)用機(jī)械手來(lái)說(shuō)，它的適用面相對(duì)較廣。</p>&l

55、t;p>　?。?）選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手臂等部件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來(lái)抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時(shí)候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)來(lái)吸取板料工件。</p><p>　?。?）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p>&l

56、t;p>　　本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。</p><p>　　機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序，并畫(huà)出梯形圖</p><p>　　2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案</p

57、><p>　　2.1 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成</p><p>　　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(lái)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)。

58、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(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的要求達(dá)到設(shè)定位置[4]。</p><p><b>　　（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　（1）手部</b>

59、</p><p>　　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)

60、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(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)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。</p><p><b>　　（2）手臂</b></p><p>　　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

61、，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)。</p><p><b>　?。?）立柱</b></p><p>　　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)

62、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(chēng)為可移式立柱。</p><p><b>　　（4）機(jī)座</b></p><p>　　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[6]。</p><p><b>　　（二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p&

63、gt;　　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)[5]。</p><p><b>　　（三）控制系統(tǒng)</b></p><p>　　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

64、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)。</p><p><b>　?。ㄋ模┪恢脵z測(cè)裝置</b></p><p>　　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

65、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。</p><p>　　2.2 機(jī)械手基本形式的選擇</p><p>　　常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)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)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手；(4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。</p>&

66、lt;p>　　圖2.1 工業(yè)機(jī)械手基本結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型。</p><p>　　2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式共有三種

67、方式:氣動(dòng)方式,液壓方式,電驅(qū)動(dòng)方式[7]。</p><p>　?。?）氣動(dòng)方式: 成本低,出力小,噪聲大,控制簡(jiǎn)單。但難以準(zhǔn)確控制位置和速度。屬于簡(jiǎn)單非伺服型。</p><p>　?。?）液壓方式: 功率重量比大,低速平穩(wěn),需液壓動(dòng)力源,漏油和油性變化會(huì)影響系統(tǒng),各軸耦合較強(qiáng),成本較高?？捎糜谝妆沫h(huán)境。</p><p><b>　　（3）電驅(qū)動(dòng)方式:&

68、lt;/b></p><p>　　A 步進(jìn)驅(qū)動(dòng): 功率小,開(kāi)環(huán)控制,控制簡(jiǎn)單,可能失步。</p><p>　　B 直流驅(qū)動(dòng): 調(diào)速性能好,功率較大,效率較高,但換向器需維護(hù),不易用于易爆,多粉塵的環(huán)境。</p><p>　　C 交流驅(qū)動(dòng): 維護(hù)簡(jiǎn)單,使用環(huán)境不受限制,成本較低,調(diào)速性差。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐

69、標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和減速機(jī)傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用氣壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂上下運(yùn)動(dòng)；考慮到本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人工作范圍不大，故利用氣壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；末端夾持器則采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，用小型氣壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊。</p><p>　　2.4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p><b>　　2.4.1 用途</b></p><p>&

70、lt;b>　　搬運(yùn):用于車(chē)間搬運(yùn)</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動(dòng)，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。</p><p>　　2.4.2 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):</p><p>　

71、　1. 機(jī)械手最大抓重: 1kg</p><p>　　2. 工件尺寸： 直徑約1.5～2cm</p><p>　　3. 自由度數(shù): 3個(gè)自由度</p><p>　　4. 坐標(biāo)型式: 圓柱坐標(biāo)</p><p>　　5. 手指開(kāi)合角度： 60°（最大速

72、度: 60度每秒）</p><p>　　6. 支座旋轉(zhuǎn)角度: 90°（最大速度: 90度每秒）</p><p><b>　　7. 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　伸縮行程：100mm</p><p>　　伸縮速度：100mm/s</p><p>　　升降行程：200mm

73、</p><p>　　升降速度：100mm/s</p><p>　　8. 機(jī)械手（重復(fù)）定位精度： </p><p>　　3 機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)概述</p><p>　　機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，可從該機(jī)械手的自由度，工作空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型等三方面來(lái)討論。</p><

74、;p>　　圖3.1 機(jī)械手的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　?。?）機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度</p><p>　　所謂機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度是指確定一個(gè)機(jī)械手操作位置時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)械手動(dòng)作靈活程度的參數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)，前后往復(fù)三自由度,如圖3.1所示。</p>

75、<p>　?。?）機(jī)械手的工作空間</p><p>　　工作空間是指機(jī)械手正常運(yùn)行時(shí)，手部參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)，工作空間圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 工作空間圖</p><p>　?。?）機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型</p><p>　　圓柱坐標(biāo)型為本設(shè)計(jì)所采用方案，這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一

76、個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（代號(hào)RPP），工作空間圖形為圓柱形。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作條件下，機(jī)體占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。</p><p>　　3.2 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各動(dòng)作如表3.1所示。</p><p>　　表3.1工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各動(dòng)作</p><p>　

77、　實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各工步是由機(jī)械手的控制系統(tǒng)和各種檢測(cè)原件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里尤其要強(qiáng)調(diào)的是機(jī)械手對(duì)工件的定位夾緊的準(zhǔn)確性[8]。</p><p>　　4 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p><b>　　4.1 手部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本課題中采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿

78、式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，課題中采用齒輪齒條式的傳力機(jī)構(gòu)。</p><p>　　4.1.1 手指的形狀和分類(lèi)</p><p>　　夾持式是最常見(jiàn)的一種。其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式。按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種；按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)

79、型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指；同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。</p><p>　　4.1.2 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題</p><p>　?。?）具有足夠的握力(即

80、夾緊力)</p><p>　　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(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。</p><p>　　（2）手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角</p><p>　　兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，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

81、移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。</p><p>　?。?）保證工件準(zhǔn)確定位</p><p>　　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。</p><p>　?。?）具有足夠的強(qiáng)度和剛度</p><p>　　手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到

82、機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(xiàn)上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。</p><p>　?。?）考慮被抓取對(duì)象的要求</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)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。</p&g

83、t;<p>　　4.2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1齒輪齒條式手部</p><p><b>　　手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算：</b></p><p>　　其工件重量G=1公斤，V形手指的角度，，摩擦系數(shù)為。</p>

84、<p>　?。?）根據(jù)手爪類(lèi)別,計(jì)算夾緊力。</p><p>　　圖4.2 手爪受力分析圖</p><p>　　如圖4.2所示，采用摩擦鎖緊方式，故受力分析得：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中， </b></p><p&

85、gt;<b>　　-工件質(zhì)量，；</b></p><p><b>　　-重力加速度，；</b></p><p>　　-動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的加速度，；</p><p><b>　　-安全系數(shù)；</b></p><p>　　-V型手爪張開(kāi)的角度，；</p><p&g

86、t;　　-氣爪夾頭與工件的摩擦因素；由于手抓與工件材料都采用45鋼，查表得=0.25</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　（2）根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖4-1，其驅(qū)動(dòng)力為:</p><p><b>　　(4-2)</b

87、></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　（3）實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:</b></p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的為勻速取時(shí)，則:</p><

88、p>　　所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。</p><p>　　4.3 夾緊氣缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 主要尺寸的確定</p><p>　　1.氣缸工作壓力的確定</p><p>　　由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表4.1取氣缸工作壓力</p><p>　　表4.1 氣壓負(fù)載常用的工作壓力</

89、p><p>　　2.氣缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的氣缸屬于雙向作用氣缸。</p><p>　　單活塞桿雙作用氣缸是使用最為廣泛的一種普通氣缸。因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等。活塞左行時(shí)活塞桿產(chǎn)生推力，活塞右行時(shí)活塞桿產(chǎn)生拉力。</p><p><b>　　（4-4）<

90、;/b></p><p><b>　?。?-5） </b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　- 活塞桿上的推力，N</p><p><b>　　-活塞桿的拉力，N</b></p><p>　　- 氣缸工作時(shí)的總阻

91、力，N</p><p>　　- 氣缸工作壓力，Pa</p><p><b>　　-活塞直徑，m</b></p><p><b>　　-活塞桿直徑，m</b></p><p>　　氣缸工作時(shí)的總阻力與眾多因素有關(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

92、的靜推力和靜拉力，則在計(jì)入載荷率后：</p><p>　?。?-6） （4-7）</p><p>　　計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若氣缸動(dòng)態(tài)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

93、般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取。</p><p>　　由以上分析得雙向作用氣缸的直徑:</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得</b></p><p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圓整，得</p><p>　　由,

94、可得活塞桿直徑:</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑</p><p>　　3.缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì)</p><p>　　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:</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p

95、><b>　　式中，</b></p><p><b>　　- 缸筒壁厚，mm</b></p><p><b>　　- 氣缸內(nèi)徑，mm</b></p><p>　　- 氣缸試驗(yàn)壓力，一般?。≒a）</p><p>　　-氣缸工作壓力 （Pa）</p><

96、p>　　-缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）</p><p>　　本課題手爪夾緊氣缸缸筒材料采用為:鋁合金ZL106,[]=3MPa</p><p>　　代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:</p><p>　　取，則缸筒外徑為: </p><p>　　4.手部活塞桿行程長(zhǎng)L計(jì)算</p><p>

97、　　活塞桿的位移量 （4-10）</p><p>　　氣缸（活塞）行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿(mǎn)行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)。為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加的行程余量。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　故查有關(guān)手冊(cè)圓整

98、為</b></p><p><b>　　5.校核：</b></p><p>　?。?）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算：</p><p>　　當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度較小時(shí)，可以只按強(qiáng)度條件校核計(jì)算活塞桿直徑有: </p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><

99、;b>　　其中，[]，</b></p><p><b>　　則:</b></p><p>　　所以滿(mǎn)足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。</p><p>　?。?）氣缸推力驗(yàn)算：</p><p>　　= </p><p><b&

100、gt;　　=</b></p><p>　　由以上計(jì)算可知?dú)鈮焊啄墚a(chǎn)生的推力大于夾緊工件所需的推力。所以該氣缸滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　6.耗氣量的計(jì)算：</b></p><p>　　氣缸的耗氣量與缸徑、行程、工作頻率和從換向閥到氣缸的連接管路容積（死容積）有關(guān)，氣缸每分鐘消耗的壓縮空氣流量為：</p>&

101、lt;p><b>　　(4-13)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　-氣缸缸徑，</b></p><p><b>　　-活塞桿直徑，</b></p><p><b>　　-活塞行程，</

102、b></p><p>　　-氣缸活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)</p><p>　　此公式未考慮氣缸內(nèi)的死容積，因此計(jì)算值比實(shí)際值偏小，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體情況加以修正。</p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　7.氣缸進(jìn)排口的計(jì)算</p><p>　　氣缸的進(jìn)排氣口當(dāng)量直徑的

103、大小與氣缸的耗氣量有關(guān)，除特殊情況外，一般氣缸的進(jìn)氣口、排氣口尺寸相同。氣缸進(jìn)排氣口當(dāng)量直徑用下式計(jì)算：</p><p><b>　　(4-15)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　-工作壓力下氣缸的耗氣量，</p><p>　　-空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，一般取

104、</p><p>　　把計(jì)算出來(lái)的氣缸進(jìn)排氣口當(dāng)量直徑進(jìn)行圓整后，按照GB/T 14038—93<<氣缸氣口螺紋>>選擇合適的氣口螺紋[11]。故，</p><p>　　8.手抓部分總質(zhì)量估算</p><p><b>　　(4-16)</b></p><p>　　其中：手爪部分和活塞桿材料采用45

105、鋼，缸筒和端蓋連接材料采用鋁合金ZL106</p><p>　　查相關(guān)手冊(cè)， 45號(hào)鋼密度為7.85</p><p>　　ZL106的密度為 2.73</p><p>　　手抓部分總質(zhì)量約為 </p><p>　　4.3.2 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.缸筒和缸蓋的連接</p><p&g

106、t;　　缸筒與缸蓋的連接形式主要有拉桿式螺栓連接、螺釘式、鋼筒螺紋、卡環(huán)等，參見(jiàn)表4.2。對(duì)于雙頭螺栓和螺栓連接，一般是四根螺栓，但是對(duì)于工作壓力高于時(shí)，一定要校核螺栓強(qiáng)度，必要時(shí)增加螺栓數(shù)量，例如6根。</p><p>　　表4.2 缸筒和缸蓋的連接</p><p>　　查閱機(jī)械手冊(cè)，選擇拉桿式螺栓連接，采用4根螺栓。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，易于裝卸。由于工作壓力小于，故無(wú)須校核螺栓強(qiáng)度。

107、</p><p>　　2．活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　活塞桿與活塞的常用連接形式分整體結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷(xiāo)連接[13]。</p><p>　　該氣缸選擇螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，應(yīng)用較多。</p><p><b>　　3．密封</b></p><

108、p>　　氣缸密封的好壞，直接影響氣缸的性能和使用壽命，正確設(shè)計(jì)、選擇和使用密封裝置，對(duì)保證氣缸的正常工作非常重要。</p><p>　　對(duì)密封元件的要求如下：</p><p>　?。?）密封性好，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　?。?）穩(wěn)定性好，不易膨脹和收縮，難于溶解，不易老化及軟化。</p><p><b>　?。?/p>

109、3）摩擦力小。</b></p><p>　?。?）密封件表面平整、光滑、無(wú)氣泡、雜質(zhì)、凹凸等缺陷。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。</p><p>　　查閱機(jī)械手冊(cè)的表4.3活塞的結(jié)構(gòu)與密封形式</p><p>　　表4.3活塞的結(jié)構(gòu)與密封型式</p><p>　　O型密封圈工作可靠，靜摩擦因

110、素大，活塞的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，目前使用的范圍較廣。故采用O型密封圈。</p><p>　　4．氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有法蘭式、腳架式、支座式、鉸軸式。由于結(jié)構(gòu)需要，該氣缸用腳架式安裝連接。</p><p>　　5 機(jī)械手手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 手臂的設(shè)計(jì)要求</p>

111、<p>　　（1）手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。</p><p>　　（2）根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。</p><p>　　（3）盡量減小手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。</p><p>　　（4）

112、要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差，提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度[14]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中手臂由氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，還設(shè)計(jì)有兩根導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在活塞桿上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。它的結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。</p><p>　　1.橫梁 2.導(dǎo)向柱 3.活塞桿 4.螺母 5.墊片 6.氣壓缸 7.支撐架</p>

113、;<p>　　圖5.1 手臂結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　選用軸向腳架型氣壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　5.2 伸縮氣壓缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2.1 氣缸主要尺寸的確定</p><p>　　1．氣缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定</p><p>

114、　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸，采用單活塞桿雙作用氣缸，初定內(nèi)徑為。</p><p>　　由,可得活塞桿直徑:</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑</p><p>　　由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》手冊(cè)表4-1氣壓負(fù)載常用工作壓力，取氣缸工作壓力</p><p>　　由公式（4-4）、（4-5）：</p><p&g

115、t;　　計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若氣缸動(dòng)態(tài)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。</p><p><b>　　得 。</b></p><p>　　2．缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì)</p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有

116、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，其壁厚按薄壁筒公式（4-9）計(jì)算:</p><p>　　設(shè)計(jì)的伸縮氣缸缸筒材料為:鋁合金ZL106, []=3MPa</p><p>　　代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:</p><p>　　取，則缸筒外徑為:。</p><p>　　3．手部活塞桿行程長(zhǎng)確定</p><p&g