畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC的小型搬運(yùn)式機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、PLC的小型搬運(yùn)式機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) HYPERLINK file:/C:wfpaperml.htm t _parent 目錄.1 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840001.pdf t mainFrame 第一章 緒 論.4 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840001.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手概述.4 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840001.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的組成和分類.4 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840

2、004.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的組成.5 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840005.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的分類.6 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840006.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手國(guó)內(nèi)外開展?fàn)顩r. .7 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840007.pdf t mainFrame .8 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840008.pdf t mainFrame .8 HYPERLINK fil

3、e:/C:wfpapery5663840009.pdf t mainFrame .9 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840010.pdf t mainFrame 第二章 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的設(shè)計(jì)方案.9 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840010.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的座標(biāo)型式與自由度.10 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).11 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840

4、012.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).13 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).14 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì).15 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840012.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的控制方案設(shè)計(jì).17 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840017.

5、pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的主要參數(shù).18 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840018.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械 械手的技術(shù)參數(shù)列表.19 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainFrame 第三章小型搬運(yùn)機(jī)械手 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).20 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手夾持式手部結(jié)構(gòu).21 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainF

6、rame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手指的形狀和分類.22 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840019.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題.23 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840023.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì).24 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840025.pdf t mainFrame 第四章 小型搬運(yùn)機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).26 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840025.pdf t mainFrame 小型

7、搬運(yùn)機(jī)械手手腕的自由度.28 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840025.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算.29 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840028.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩.29 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算.30 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手

8、回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算校核.33 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 第五章 小型搬運(yùn)機(jī)械手手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)與校核.33 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手臂伸縮局部尺寸設(shè)計(jì)與校核.34 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì).35 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame

9、 小型搬運(yùn)機(jī)械手尺寸校核.35 .3小型搬運(yùn)機(jī)械手導(dǎo)向裝置.36 5小型搬運(yùn)機(jī)械手平衡裝置.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手臂升降局部尺寸設(shè)計(jì)與校核.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì).37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手尺寸校核.37 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840036.p

10、df t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)局部尺寸設(shè)計(jì)與校核.38 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840030.pdf t mainFrame .39 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840029.pdf t mainFrame 校核.40 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840039.pdf t mainFrame 第六章 小型搬運(yùn)機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).41 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840040.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖

11、.42 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840041.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制.43 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 第七章 小型搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì).44 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程.45 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手

12、可編程序控制器的選擇.46 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840042.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手可編程序控制器的工作過(guò)程.47 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840046.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手可編程序控制器的使用步驟.48 HYPERLINK file:/C:wfpapery5663840047.pdf t mainFrame 小型搬運(yùn)機(jī)械手可編程序控制器控制方案.49結(jié)論.50致謝.51參考文獻(xiàn).52第一章 緒 論 小型工業(yè)機(jī)械手概述PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手由控制器、操作機(jī)、伺服操作驅(qū)

13、動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械檢測(cè)快速傳感設(shè)備構(gòu)成，PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手適合于許多品種、大批量的生產(chǎn)。小型氣動(dòng)機(jī)械手它對(duì)提高穩(wěn)定生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善加工生產(chǎn)條件起著非常重要的作用和地位。PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)是綜合了各種人工智能的高新技術(shù)，當(dāng)今企業(yè)機(jī)器人應(yīng)用使用普遍，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代自動(dòng)化開展水平的重要前提嗯和標(biāo)志。PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手是仿人類手部的動(dòng)作，小型氣動(dòng)機(jī)械手按設(shè)定的程序、軌跡實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代自動(dòng)搬運(yùn)或移動(dòng)的自動(dòng)化加工的機(jī)械裝置。在現(xiàn)代機(jī)械加工的開展等機(jī)械加工方面小型氣動(dòng)機(jī)械手得到重大的應(yīng)用，PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式比擬方便，小型氣動(dòng)機(jī)械手專用性實(shí)用性強(qiáng)。隨著現(xiàn)代

14、工業(yè)先進(jìn)技術(shù)的開展，小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)成了可以獨(dú)立的按設(shè)計(jì)的程序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)重復(fù)的操作加工，稱小型氣動(dòng)機(jī)械手通用加工機(jī)械手。小型氣動(dòng)機(jī)械手適應(yīng)生產(chǎn)加工性強(qiáng)，它在許多變換生產(chǎn)品的的中小批量生產(chǎn)加工工作中中獲得很大使用效率。1.2 小型工業(yè)機(jī)械手的組成和分類小型工業(yè)機(jī)械手的組成小型搬運(yùn)的機(jī)器人機(jī)械手主要由機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)械手的位置檢測(cè)裝置以及機(jī)械手的控制系統(tǒng)等所組成。小型氣動(dòng)機(jī)械手小型搬運(yùn)的機(jī)器人的機(jī)械手各個(gè)控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要包含機(jī)械手的執(zhí)行手腕、機(jī)械手的執(zhí)行手部、機(jī)械手的執(zhí)行立柱和機(jī)械手的執(zhí)行手臂等部件，有的機(jī)械

15、手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)還設(shè)計(jì)有可以行走的機(jī)構(gòu)。1、手部小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手的手部是與物品相互接觸的局部。由于小型搬氣動(dòng)機(jī)械手運(yùn)的機(jī)械手的手部與物件相互接觸的形式不相同，可將小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手的手局部為夾持式機(jī)械手的手部和吸附式機(jī)械手的手部，小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手的手部在本工程中我們?cè)O(shè)計(jì)為夾持式機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)。小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的夾持式機(jī)械手的手部由機(jī)械手指和機(jī)械傳力機(jī)構(gòu)所組成。小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手指是直接與物件直接相接觸的局部，常用的小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手指運(yùn)動(dòng)形式有：回轉(zhuǎn)型運(yùn)動(dòng)形式和平移型運(yùn)動(dòng)形式?；剞D(zhuǎn)型運(yùn)動(dòng)形式的手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造生產(chǎn)容易，應(yīng)用普遍。平移型運(yùn)動(dòng)形式的

16、市場(chǎng)應(yīng)用的比擬少，由于其原因是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但平移型運(yùn)動(dòng)形式的手指當(dāng)夾持圓形的零件時(shí)，工件直徑的相互變化不影響其裝夾軸心的位置，因此小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手適宜的裝夾夾持直徑變化范圍比擬大的零件。小型搬運(yùn)的機(jī)械手指的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要取決于手指被抓取零件的被抓部位、外表形狀、和物件零件的尺寸。常用的小型氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械指形有V形面的機(jī)械指形、平面的機(jī)械指形和曲面的機(jī)械指形:小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手指有外夾式機(jī)械手指和內(nèi)撐式機(jī)械手指;機(jī)械指數(shù)有多指式機(jī)械指數(shù)、雙指式機(jī)械指數(shù)和雙手雙指式機(jī)械指數(shù)等。而小型搬運(yùn)的機(jī)械指數(shù)傳力機(jī)構(gòu)那么通過(guò)機(jī)械手指產(chǎn)生的夾緊力來(lái)完成夾放零件的加工移動(dòng)。小型氣

17、動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手指的傳力機(jī)構(gòu)型式通常使用的有:連桿杠桿機(jī)械手指?jìng)髁C(jī)構(gòu)式、滑槽杠桿機(jī)械手指?jìng)髁C(jī)構(gòu)式、齒輪齒條機(jī)械手指?jìng)髁C(jī)構(gòu)式、斜面杠桿機(jī)械手指?jìng)髁C(jī)構(gòu)式等。2、手腕小型plc氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手手腕是連接小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂和小型氣動(dòng)機(jī)械手手部的部件，并可用來(lái)調(diào)整氣動(dòng)機(jī)械手被抓取起來(lái)的零件的移動(dòng)。3、手臂小型plc氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手臂是氣動(dòng)機(jī)械手手部、氣動(dòng)機(jī)械手支承被抓物件、氣動(dòng)機(jī)械手手腕的重要構(gòu)件。小型搬運(yùn)的機(jī)械手臂的作用是氣動(dòng)機(jī)械手臂帶動(dòng)機(jī)械手指去抓取零件，并按預(yù)定氣動(dòng)機(jī)械手要求將其搬運(yùn)到指定的位置，工業(yè)小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手的手臂通常由機(jī)械驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件與機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)

18、源相配合，以實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)。4、立柱小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械立柱是機(jī)械支承手臂的構(gòu)件，小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械立柱是機(jī)械手臂的一個(gè)組成局部，小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手臂的升降運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，他們與小型搬運(yùn)的機(jī)械立柱有很深的聯(lián)系。小型氣動(dòng)機(jī)械手的機(jī)械手的立柱因工作方式的要求，可以產(chǎn)生橫向的移動(dòng)，我們可以稱作小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的機(jī)械手的可移式立柱。5、行走機(jī)構(gòu)小型氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)的行走機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)械手中工作要求完成較遠(yuǎn)工作距離的操作，可在機(jī)械 座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)，用來(lái)產(chǎn)生氣動(dòng)機(jī)械 械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)形式。1.2.2 機(jī)械手的分類(一)按用途分：專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:(二)按驅(qū)動(dòng)方式分：液

19、壓傳動(dòng)機(jī)械手、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手和電力傳動(dòng)機(jī)械手(三)按控制方式分：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制1.3 國(guó)內(nèi)外開展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)外PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械機(jī)器人開展未來(lái)的開展趨勢(shì):小型搬運(yùn)機(jī)械手性能不斷提高，而PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械單機(jī)價(jià)格逐漸下降 (2)PLC小型工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械機(jī)械結(jié)構(gòu)可重構(gòu)化加工模塊化加工開展。進(jìn)入新世紀(jì)，迫切要求我們國(guó)家提高工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人在企業(yè)的實(shí)際勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)先進(jìn)制造自動(dòng)化水平，本工程設(shè)計(jì)的是一個(gè)plc小型氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手，主要應(yīng)用于企業(yè)工業(yè)先進(jìn)的自動(dòng)化的產(chǎn)品生產(chǎn)線，把工業(yè)生產(chǎn)加工的產(chǎn)品從同一生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)加工的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化生產(chǎn)

20、?，F(xiàn)在的企業(yè)使用的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，而現(xiàn)今的液壓傳動(dòng)有許多缺點(diǎn):(1)液壓傳動(dòng)機(jī)械手在工作過(guò)程中常有較多的能量損失，易泄漏，平安性不高。(2)液壓傳動(dòng)機(jī)械手在工作時(shí)受生產(chǎn)溫度的變化影響較大。(3)液壓傳動(dòng)機(jī)械手因液壓脈動(dòng)混入空氣，易產(chǎn)生加工噪聲。(4)液壓傳動(dòng)機(jī)械手使用維護(hù)技術(shù)水平要求高。維修費(fèi)用高，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):(1)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手介質(zhì)提取處理便捷。2)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小，可以遠(yuǎn)距離輸送。(3)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作迅速靈敏。氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)過(guò)載的保護(hù)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的系統(tǒng)控制。(4)氣壓傳動(dòng)機(jī)

21、械手的能源方便存放。(5)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手工作條件要求不多。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手在工作時(shí)不會(huì)因環(huán)境的改變影響傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的加工制造生產(chǎn)的功能。(6)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手制造生產(chǎn)加工的本錢少。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手方便制造，制造生產(chǎn)本錢少。氣壓傳動(dòng)機(jī)械手在當(dāng)今企業(yè)工業(yè)先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)加工制造里，對(duì)氣動(dòng)加工機(jī)械手、氣動(dòng)生產(chǎn)的機(jī)器人進(jìn)步空間還有很大。 課題的主要任務(wù)本工程的課題將要完成的主要任務(wù)如下:氣壓傳動(dòng)機(jī)械手為先進(jìn)制造的機(jī)械手，因此相對(duì)于氣壓傳動(dòng)機(jī)械手專用機(jī)械手來(lái)說(shuō)，氣壓傳動(dòng)機(jī)械手的用的地方比擬多。(2)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手選取機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)機(jī)械手座標(biāo)型式選取和氣壓傳動(dòng)機(jī)械手自由度選取。(3)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)出機(jī)械

22、手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:氣壓傳動(dòng)機(jī)械手手部、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手手腕、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手手臂等部件的設(shè)計(jì)。為了使氣壓傳動(dòng)機(jī)械手實(shí)際應(yīng)用型更強(qiáng)，氣壓傳動(dòng)機(jī)械手手部設(shè)計(jì)成可快速更換的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，氣壓傳動(dòng)機(jī)械手不僅可以應(yīng)用于氣壓傳動(dòng)機(jī)械手夾持式手指來(lái)抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時(shí)候氣壓傳動(dòng)機(jī)械手還可以用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手氣流負(fù)壓式吸盤來(lái)吸取板料加工的工件。(4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本工程課題將設(shè)計(jì)出氣壓傳動(dòng)機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣壓傳動(dòng)機(jī)械手氣動(dòng)元器件的選取，氣壓傳動(dòng)機(jī)械手氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣壓傳動(dòng)機(jī)械手氣動(dòng)原理圖。(5)對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的參數(shù)化繪制進(jìn)行研究，提高繪圖效率，改善繪圖質(zhì)量。(6)氣壓傳動(dòng)機(jī)械

23、手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手?jǐn)M采用(PLC)對(duì)氣壓傳動(dòng)機(jī)械 械手進(jìn)行控制，本課題設(shè)計(jì)的將要選取PLC型號(hào)，根據(jù)氣動(dòng)傳動(dòng)的機(jī)械手的工作流程編制出現(xiàn)實(shí)的PLC程序，并畫出梯形圖。第二章 小型搬運(yùn)式機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案對(duì)于氣動(dòng)小型搬運(yùn)式機(jī)械 械手的設(shè)計(jì)比照小型搬運(yùn)式機(jī)械手的加工生產(chǎn)的根本的設(shè)計(jì)的要求是：設(shè)計(jì)出的機(jī)械手能準(zhǔn)確快速地通過(guò)氣動(dòng)機(jī)械手來(lái)拾放。設(shè)計(jì)的小型的氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)加工原那么是:小型的氣動(dòng)機(jī)械手分析小型氣動(dòng)機(jī)械手作業(yè)加工對(duì)象的技術(shù)使用要求，擬定設(shè)計(jì)小型的氣動(dòng)機(jī)械手最合理的氣動(dòng)機(jī)械手作業(yè)的加工工序和加工工藝，并使計(jì)的滿足小型氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)功能的使用加工條件和環(huán)境加工生產(chǎn)條件;確定對(duì)設(shè)計(jì)的小

24、型氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手運(yùn)行系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)加工要求;設(shè)計(jì)生產(chǎn)小型的氣動(dòng)機(jī)械手簡(jiǎn)化的加工制造過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)小型的工程設(shè)計(jì)的小型的氣動(dòng)機(jī)械手是在小型的氣動(dòng)機(jī)械手通用氣動(dòng)機(jī)械手的上下料，主要適合于生產(chǎn)小型的氣動(dòng)機(jī)械手成批或小批生產(chǎn)、設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手可以改變小型的氣動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作程序的自動(dòng)移動(dòng)搬運(yùn)或小型的氣動(dòng)機(jī)械手的操作設(shè)備。機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度的分析機(jī)械手按氣動(dòng)裝置的不同運(yùn)動(dòng)形式分為關(guān)節(jié)式氣動(dòng)機(jī)械手手臂、直角座標(biāo)式氣動(dòng)機(jī)械手手臂。本設(shè)計(jì)采用圓柱座標(biāo)式型氣動(dòng)機(jī)械手，手臂相對(duì)于動(dòng)機(jī)械手手臂的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，通過(guò)增加小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂擺動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，增加一個(gè)機(jī)械手手臂上下擺動(dòng)的自由度。

25、進(jìn)而解決問(wèn)題。2.2 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)為了使小型氣動(dòng)機(jī)械手的實(shí)用性更強(qiáng)，將其設(shè)計(jì)成小型氣動(dòng)機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)可方便換的結(jié)構(gòu)，當(dāng)零件是棒料時(shí)，使用夾持式氣動(dòng)機(jī)械手手部;當(dāng)零件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤氣動(dòng)機(jī)械手手部。2.3 機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們想到該小型氣動(dòng)機(jī)械手的使用方便性，小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕被抓取零件是水平放置，因此小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕必須設(shè)計(jì)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足小型氣動(dòng)機(jī)械手的工作加工的設(shè)計(jì)要求。2.4 機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手按照抓取零件的設(shè)計(jì)使用要求，該設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì)加工工作時(shí)有三個(gè)自由度，即小型氣

26、動(dòng)機(jī)械手的手臂左右回轉(zhuǎn)、小型氣動(dòng)機(jī)械手的手臂手臂的伸縮和小型氣動(dòng)機(jī)械手的手臂降運(yùn)動(dòng)。小型氣動(dòng)機(jī)械手的手臂的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)小型氣動(dòng)機(jī)械手立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，小型氣動(dòng)機(jī)械手的立柱的橫向移動(dòng)的過(guò)程就是小型氣動(dòng)機(jī)械手臂的橫移。小型氣動(dòng)機(jī)械手的手臂的各種工作運(yùn)動(dòng)由小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手由于機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作傳動(dòng)動(dòng)作迅速，小型氣動(dòng)機(jī)械手本錢價(jià)位比擬低，故本小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。2.6 機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)考慮到小型氣動(dòng)機(jī)械手生產(chǎn)工作中的通用性，并且該小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用小型氣動(dòng)機(jī)械手可

27、編程序控制器對(duì)該小型的機(jī)械手工作加工進(jìn)行控制。當(dāng)小型氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，我們只要來(lái)改動(dòng)小型氣動(dòng)機(jī)械手PLC程序即可實(shí)現(xiàn)。2.7 機(jī)械手的主要參數(shù)1.小型氣動(dòng)機(jī)械手的最大抓重是要求的設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，查閱設(shè)計(jì)的相關(guān)小型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，該工程的設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手抓取的零件的重量為5公斤2.小型氣動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的根本要求的加工設(shè)計(jì)參數(shù)。該小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為。小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為。小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的平均移動(dòng)速度為。小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的平均回轉(zhuǎn)速度為。根據(jù)設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的根本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和比擬，該小

28、型氣動(dòng)機(jī)械手手臂的伸縮行程定為600mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的最大工作半徑約為。小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的手臂升降行程定為。小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的定位精度也是設(shè)計(jì)根本要求的參數(shù)之一。該小型氣動(dòng)機(jī)械手的定位精度為。2.8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的用途:小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的用于自動(dòng)加工生產(chǎn)輸送線的上下料。 二、小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求的技術(shù)加工生產(chǎn)參數(shù): 小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的自由度數(shù)為3個(gè)X、Y、Z自由度;抓重為10kg；座標(biāo)型式為小型圓柱形式座標(biāo)；最大工作半徑為；手臂最大中心高為；手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：分別為伸縮行程；升降行程；升降速度；回轉(zhuǎn)范圍；回轉(zhuǎn)速度 ；手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍 ；

29、回轉(zhuǎn)速度。夾持范圍棒料:；定位方式由行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等；定位精度為；驅(qū)動(dòng)方式為氣壓傳動(dòng)；控制方式點(diǎn)位程序控制。第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 氣動(dòng)機(jī)械手夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指、傳力機(jī)構(gòu)所組成。結(jié)構(gòu)形式有：彈簧杠桿式機(jī)械手傳力結(jié)構(gòu)、齒輪齒條式小型氣動(dòng)機(jī)械手傳力結(jié)構(gòu)等。 小型氣動(dòng)機(jī)械手夾持式分類有：兩指式、多指式和雙手雙指式等等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。注意的幾個(gè)問(wèn)題 機(jī)械手的手指具有足夠的握力；在確定小型氣動(dòng)機(jī)械手的手指的握力時(shí)，設(shè)計(jì)考慮小型氣動(dòng)機(jī)械手的夾裝的工件重量大小外，所承受的力外；應(yīng)該及時(shí)考慮到機(jī)械手在加持運(yùn)輸中慣性力和碰撞所受的的影響，是否滿足夾緊力手否滿足需要。(二)小型氣動(dòng)機(jī)械手的手指間應(yīng)具有一定角度的

30、的開閉角機(jī)械手的兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為開閉角。機(jī)械手的手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，假設(shè)夾持不同直徑的工件，首先，小型氣動(dòng)機(jī)械手的最大直徑的工件考慮。對(duì)其夾角進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)。 (三)小型氣動(dòng)機(jī)械手的保證工件準(zhǔn)確定位根據(jù)小型氣動(dòng)機(jī)械手的被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的小型氣動(dòng)機(jī)械手的手指形狀。例如小型氣動(dòng)機(jī)械手的圓柱形工件采用帶“V形面的機(jī)械手的手指，以便小型氣動(dòng)機(jī)械手的自動(dòng)定心。 (四)小型氣動(dòng)機(jī)械手的具有足夠的強(qiáng)度和剛度小型氣動(dòng)機(jī)械手的手指除設(shè)計(jì)有受到被夾持工件的反作用力外，還受到小型氣動(dòng)機(jī)械手在加工工作運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)要求小型氣動(dòng)機(jī)械手有

31、足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)設(shè)計(jì)盡量使小型氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)便，重量輕，并使小型氣動(dòng)機(jī)械手的手部的中心在小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。(五)小型氣動(dòng)機(jī)械手的考慮被抓取對(duì)象的要求小型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的機(jī)械手的工作需要，通過(guò)小型氣動(dòng)機(jī)械手的比擬，我們采用的小型氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) ，小型氣動(dòng)機(jī)械手的兩指回轉(zhuǎn)型，由于加工裝夾的工件多為圓柱形，故小型氣動(dòng)機(jī)械手的手指形狀設(shè)計(jì)成V型。1、小型氣動(dòng)機(jī)械手手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算型氣動(dòng)機(jī)械手手部其工件重量G=5公斤；小型氣動(dòng)機(jī)械手手部V形手指的角度，,小型氣動(dòng)機(jī)械手手部的摩擦系數(shù)為 (

32、1)小型氣動(dòng)機(jī)械手手部加工生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)力為:(2)小型氣動(dòng)機(jī)械手手部工作加工的握力計(jì)算公式:所以所以： (3)實(shí)際工作時(shí)加工的驅(qū)動(dòng)力: 1、因?yàn)樾⌒蜌鈩?dòng)機(jī)械手手部傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故小型氣機(jī)械手手部設(shè)計(jì)的取，并取。假設(shè)小型氣動(dòng)機(jī)械手手部被抓取工件的加工的最大加速度取時(shí)， 那么: 所以： 所以：小型氣動(dòng)機(jī)械手夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。2、小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸的直徑小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸設(shè)計(jì)的本小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，小型氣動(dòng)機(jī)械手單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧的反作用力和小型氣動(dòng)機(jī)械手活塞桿加工時(shí)的總阻力，其公式為:式中: - 小型氣動(dòng)機(jī)械手活塞桿上

33、的推力，N - 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧反作用力，N- 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸加工工作時(shí)的總阻力，N- 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸加工工作壓力，Pa小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧反作用力:Gf = 式中:- 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧剛度，N/m- 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧預(yù)壓縮量，m- 小型氣動(dòng)機(jī)械手活塞行程，m- 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧鋼絲直徑，m- 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧平均直徑，.- 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧有效圈數(shù).- 小型氣動(dòng)機(jī)械手彈簧材料剪切模量，一般取在小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)中，必須考慮小型氣動(dòng)機(jī)械手負(fù)載率的影響，那么:由以上分析得小型氣動(dòng)機(jī)械手單向作用氣缸的直徑:代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以:查有關(guān)小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)手冊(cè)圓整，得由,可得小型

34、氣動(dòng)機(jī)械手活塞桿直徑:圓整后，取小型氣動(dòng)機(jī)械手活塞桿直徑校核，按公式有:其中，那么:滿足實(shí)際小型氣動(dòng)機(jī)械手加工設(shè)計(jì)要求。3,小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的缸筒壁厚的設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手缸筒直接承受壓縮空氣壓力，小型氣動(dòng)機(jī)械手必須有一定厚度。一般小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸缸筒壁厚與小型氣動(dòng)機(jī)械手內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其小型氣動(dòng)機(jī)械手壁厚可按小型氣動(dòng)機(jī)械手薄壁筒公式計(jì)算:式中:- 小型氣動(dòng)機(jī)械手缸筒壁厚，mm- 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸內(nèi)徑，mm- 小型氣動(dòng)機(jī)械手實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa小型氣動(dòng)機(jī)械手材料為:ZL3,=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手壁厚為:取，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手缸筒外徑為: 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

35、小型氣動(dòng)機(jī)械手考慮設(shè)計(jì)到小型氣動(dòng)機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于小型氣動(dòng)機(jī)械手被抓取工件是水平放置，因此設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕必須設(shè)有小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足加工裝夾使用工作的要求。因此，小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸。4.1 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕的自由度小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕是連接小型氣動(dòng)機(jī)械手手部和小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂的部件，小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕作用是調(diào)整或改變小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾工件的方向，因而小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕具有獨(dú)立的自由度，以使小型氣動(dòng)機(jī)械手適應(yīng)更加復(fù)雜的加工動(dòng)作要求。小型氣動(dòng)手腕自由度的選用與小型氣動(dòng)機(jī)械手的通用性、小型氣動(dòng)機(jī)械

36、手加工工藝要求、小型氣動(dòng)機(jī)械手工件放置方位和小型氣動(dòng)機(jī)械手定位精度等許多因素有關(guān)。由于本小型氣動(dòng)機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手考慮到通用性，因此給設(shè)計(jì)的小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足小型氣動(dòng)機(jī)械手加工裝夾工作的要求目前實(shí)現(xiàn)小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)際中應(yīng)用最多的為小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸。小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)緊湊，但小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)氣缸回轉(zhuǎn)角度小于，并且設(shè)計(jì)要求加工嚴(yán)格的密封。4. 2 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕的回轉(zhuǎn)、和左右

37、擺動(dòng)、上下均為小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支小型氣動(dòng)機(jī)械手承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與小型小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕受力的示意圖。小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: 式中: - 小型氣動(dòng)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();- 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩();- 小型氣動(dòng)機(jī)械手參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量; - 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)缸的摩擦阻力根據(jù)小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕受力情況，分析

38、各小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕阻力矩的計(jì)算:1、小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的氣動(dòng)機(jī)械手手腕慣性力矩M悅假設(shè)小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，小型氣動(dòng)機(jī)械手起動(dòng)過(guò)程所用的工作時(shí)間為，那么: 式中:-小型氣動(dòng)機(jī)械手參與氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;- 小型氣動(dòng)機(jī)械手工件對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。假設(shè)小型氣動(dòng)機(jī)械手工件中心與小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:式中: - 小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:- 小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾的重量(N);- 小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾的重心到氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm),

39、 - 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)氣動(dòng)機(jī)械手的角速度(弧度/s);- 小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾起動(dòng)過(guò)程氣動(dòng)機(jī)械手所需的時(shí)間(s); 小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾起動(dòng)過(guò)程氣動(dòng)機(jī)械手所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。2、小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕抓工件的偏重對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + 式中: - 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量- 小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距當(dāng)工件的重心與小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，那么.3、小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 式中: ，- 小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑- 小型氣動(dòng)機(jī)械手摩擦系數(shù)，對(duì)于小型氣動(dòng)機(jī)械手滾動(dòng)軸承，對(duì)于小

40、型氣動(dòng)機(jī)械手滑動(dòng)軸承;,- 處的氣動(dòng)機(jī)械手支承反力，可按小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析，,得:同理，根據(jù)(F),得:式中:- , 如圖4-1所示的小型氣動(dòng)機(jī)械手長(zhǎng)度尺寸 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算小型氣動(dòng)機(jī)械手在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)缸是小型氣動(dòng)機(jī)械手單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，小型氣動(dòng)機(jī)械手單葉片回轉(zhuǎn)氣缸原理如圖4-2所示，小型氣動(dòng)機(jī)械手單葉氣缸的壓力P小型氣動(dòng)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為:, 或 4.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸內(nèi)徑為=96mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸半徑,小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸軸徑=26mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣

41、缸半徑,小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸運(yùn)行角速度=，小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸加速度時(shí)間=0.1s, 小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸 壓強(qiáng), 那么小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸力矩 2.小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸尺寸校核1小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸測(cè)定參與小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸部件的質(zhì)量分布情況，小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手的氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 小型氣動(dòng)機(jī)械手的裝夾工件的質(zhì)量為5,小型氣動(dòng)機(jī)械手的裝夾工件質(zhì)量分布于長(zhǎng)的棒料上，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手的裝夾工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量假設(shè)小型氣動(dòng)機(jī)械手的裝夾工件中心與小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾長(zhǎng)的棒料來(lái)

42、說(shuō)，小型氣動(dòng)機(jī)械手最大偏心距，其小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: 2、小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和小型氣動(dòng)機(jī)械手裝夾工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏，考慮小型氣動(dòng)機(jī)械手的手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，小型氣動(dòng)機(jī)械手夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,那么 + 3、小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對(duì)于小型氣動(dòng)機(jī)械手滾動(dòng)軸承，對(duì)于小型氣動(dòng)機(jī)械手滑動(dòng)軸承=0.1， ，為小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，, , ,為小型氣動(dòng)機(jī)械手軸頸處的支承反力，粗略估計(jì), 4小型氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的小型氣動(dòng)機(jī)械手摩擦小型氣動(dòng)機(jī)械手阻力矩M封，與選

43、用的小型氣動(dòng)機(jī)械手密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況加以分析。在小型氣動(dòng)機(jī)械手此處設(shè)計(jì)的估計(jì)為的3倍，3 小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，平安。第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核5.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)5.1.2 尺寸校核 1.小型氣動(dòng)機(jī)械手在校核尺寸時(shí)，只需校核小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸內(nèi)徑=63mm,小型設(shè)計(jì)使用加工設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸使用壓強(qiáng), 那么小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸驅(qū)動(dòng)力： 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸加速度，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸慣性力 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸活塞等的摩擦力，設(shè)小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸定摩擦系數(shù), 小型氣

44、動(dòng)機(jī)械手氣缸總受力 符合實(shí)際使用小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸驅(qū)動(dòng)力要求。小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證小型氣動(dòng)機(jī)械手手指的正確方向，并使小型氣動(dòng)機(jī)械手活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂的剛性，在設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用小型氣動(dòng)機(jī)械手導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在小型氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要求的設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少小型氣動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少小型氣動(dòng)機(jī)械手對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。小型氣動(dòng)機(jī)械手 在本工程的設(shè)計(jì)中用小型氣動(dòng)機(jī)械手單導(dǎo)向桿來(lái)增加小型氣動(dòng)機(jī)械手手

45、臂的導(dǎo)向性。5.1.4 平衡裝置 在本小型氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)中，為了使小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂的兩端能夠盡量接近小型氣動(dòng)機(jī)械手重力矩平衡狀態(tài)，減少小型氣動(dòng)機(jī)械手手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置。 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核5.2.1 尺寸設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸內(nèi)徑為=110mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手半徑R=55mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸運(yùn)行速度，小型氣動(dòng)機(jī)械手加速度時(shí)間=0.1s,小型氣動(dòng)機(jī)械手壓強(qiáng)p=0.4MPa,小型氣動(dòng)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)力 5.2.2 尺寸校核1測(cè)定小型氣動(dòng)機(jī)械手手腕質(zhì)量為80kg,那么小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸重力

46、 設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手加速度，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸慣性力 考慮小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸活塞等的摩擦力，設(shè)定小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸一摩擦系數(shù)， 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸總受力 所以設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸尺寸符合實(shí)際要求。5.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 5.3.1 尺寸設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸內(nèi)徑為,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸半徑R=105mm,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸軸徑小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸半徑,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸運(yùn)行角速度=，小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸加速度時(shí)間0.5s,小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸壓強(qiáng), 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸力矩： 5.3.2 尺寸校核1測(cè)定參與小型氣動(dòng)機(jī)械手手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的

47、質(zhì)量,分析小型氣動(dòng)機(jī)械手部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么小型氣動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 考慮小型氣動(dòng)機(jī)械手軸承，小型氣動(dòng)機(jī)械手油封之間的摩擦力，設(shè)定小型氣動(dòng)機(jī)械手一摩擦系數(shù), 小型氣動(dòng)機(jī)械手氣缸總驅(qū)動(dòng)力矩 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。第六章 機(jī)械手的PLC控制設(shè)計(jì)可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程6.1.1 可編程序控制器的選擇機(jī)械手的plc控制設(shè)計(jì)考慮到本小型氣動(dòng)機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程小型氣動(dòng)機(jī)械手較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到小型氣動(dòng)機(jī)械手制造本錢，因此在本次設(shè)計(jì)小型氣動(dòng)機(jī)械手中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器小型氣動(dòng)機(jī)械手plc控制設(shè)計(jì)。6.1.2 可編程序控制器

48、的工作過(guò)程小型氣動(dòng)機(jī)械手可編程序控制器是通過(guò)小型氣動(dòng)機(jī)械手plc執(zhí)行用戶程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了小型氣動(dòng)機(jī)械手plc循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程可分為4個(gè)階段。第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問(wèn)是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時(shí)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是處理輸入信號(hào)階段。在處

49、理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。段CPU對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入

50、信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。6.2 可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對(duì)象(機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程)構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行:(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)即確定被控對(duì)象的動(dòng)作及動(dòng)作順序。(2)I/0分配即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào);哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào).此外，對(duì)用到的可編程序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配。可編程序控制器是通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別信號(hào)的。(3)畫梯形圖它與繼電器控制邏輯的梯形圖概

51、念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，那么畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對(duì)簡(jiǎn)易編程器，那么往往要經(jīng)過(guò)下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過(guò)程。(4)助記符機(jī)器程序相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡(jiǎn)易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。(5)編制程序即檢查程序中每條語(yǔ)法錯(cuò)誤，假設(shè)有那么修改。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。(6)調(diào)試程序即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設(shè)計(jì)(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可

52、在別的工具上進(jìn)行。如IBM-PC機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)的軟件。(7)保存程序調(diào)試通過(guò)的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。6.3 機(jī)械手可編程序控制器控制方案6.3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介控制對(duì)象為圓柱座標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手。它的手臂具有三個(gè)自由度，即水平方向的伸、縮;豎直方向的上、下;繞豎直軸的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)及逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置 機(jī)械手，還可完成抓、放功能。以上各動(dòng)作均采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，即用五個(gè)二位五通電磁閥(每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì)應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作)分別控制五個(gè)氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓放動(dòng)作。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣，

53、可用PLC的8個(gè)輸出端與電磁閥的8個(gè)線圈相連，通過(guò)編程，使電磁閥各線圈按一定序列鼓勵(lì)，從而使機(jī)械手按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作.如果欲改變機(jī)械手的動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。另外，除抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測(cè)動(dòng)作是否到位，如果某動(dòng)作沒有到位，那么出錯(cuò)指示燈亮。6.3.2 工業(yè)機(jī)械手的工作流程此機(jī)械手用于自動(dòng)輸送線的上下料。當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有如下動(dòng)作:先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動(dòng)作(1DT通電) 下降至下限位開關(guān)(5DT通電) 手腕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90 (7DT通電) 手臂伸長(zhǎng)至限位開關(guān)(3DT通電) 檢查有無(wú)物品，假設(shè)有物品，手爪抓緊(9DT

54、通電) 手臂收縮至限位開關(guān)(4DT通電) 上升至上限位開關(guān)(6DT通電) 左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動(dòng)作(2DT通電) 手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)900 (8DT通電) 手臂伸長(zhǎng)至最長(zhǎng)(3DT通電) 手爪松開(IODT通電) 延時(shí) 手臂收縮最短(4DT通電)。至此，一個(gè)工作循環(huán)完畢。6.3.3 機(jī)械手工作時(shí)序圖如附圖所示4, 1/0分配根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用OMRON C28P型PC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為0000-0015; 12個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為0500-0511. 5、梯形圖設(shè)計(jì)(如附圖所示)根據(jù)機(jī)械手的邏輯時(shí)序圖及1/0分配，畫出控制梯形圖，如附圖所示。由梯形圖可以看出:(1)手臂左轉(zhuǎn)的條件:左轉(zhuǎn)不

55、到位(0003為OFF)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，收縮到位(0006為ON),手爪抓緊(0002為ON),上升到位(0007為ON)，無(wú)右轉(zhuǎn)命令(0501為OFF).(2)手臂右轉(zhuǎn)的條件:右轉(zhuǎn)不到位(0004為OFF)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，,上升到位(0007為ON)，手爪放松(0002為OFF),收縮到位(0006為ON)，無(wú)左轉(zhuǎn)命令(0500為OFF).(3)手臂伸長(zhǎng)的條件:伸長(zhǎng)不到位(0005為OFF)，無(wú)收縮命令(0503為OFF)，并且滿足以下條件之一: 1)左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON)，上升到位(0007為ON)，手爪抓緊(0002為ON).2)右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，下降到位(0008為ON)，手爪放松(0002為OFF);(4)手臂收縮的條件:無(wú)伸長(zhǎng)命令(0502為OFF)，收縮不到位(0006為OFF)，并且滿足以下條件之一:1)手爪抓緊(0002為ON)，上升到位(0007為ON)，左轉(zhuǎn)到位(0003為ON)，手腕順轉(zhuǎn)到位(0010為ON).2)下降到位(0008為ON)，右轉(zhuǎn)到位(0004為ON)，手腕逆轉(zhuǎn)到位(0009為ON)，手爪抓緊(0002為ON); (5)手臂上升的條件:無(wú)下降命令(0505為OFF)，上升不到位(0007為OFF)，收縮到位(0