四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)說明書樣本

目錄目錄.........................................................1HYPERLINK../../../wfpaper/y566384wz.pdf文摘.........................................................3Abstract.....................................................3HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第一章 緒論HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.1機(jī)械手概.............................................4HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.2機(jī)械手構(gòu)成和分.....................................4HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.2.1機(jī)械手構(gòu)成.HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.2.2機(jī)械手分類HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)?...............................................7HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.4課題提出及重要任……………8HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.4.1課題提出HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf1.4.2課題重要任務(wù)HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第二章機(jī)械手設(shè)計(jì)方案HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.1機(jī)械手座標(biāo)型式與自由…….10HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.2機(jī)械手手部構(gòu)造方案設(shè)…….1HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.3機(jī)械手手腕構(gòu)造方案設(shè)……..12HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.4機(jī)械手手臂構(gòu)造方案設(shè)…….12HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.5機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)………….12HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.6機(jī)械手控制方案設(shè)…………..12HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.7機(jī)械手重要參……………..12HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf2.8機(jī)械手技術(shù)參數(shù)列…………12HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第三章手部構(gòu)造設(shè)計(jì)HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf3.1夾持式手部構(gòu)造………………….14HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf3.1.1手指形狀和分類HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮幾種問題HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf3.1.3手部夾緊氣缸設(shè)計(jì)HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第四章手腕構(gòu)造設(shè)計(jì)HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf4.1手腕自由…………………….18HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf4.2手腕驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)…………..19HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力矩HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算HYPERLINK../../wfpaper/y.pdf4.2.3回轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)校核HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第五章手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸設(shè)計(jì)與校核HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf5.1手臂伸縮某些尺寸設(shè)計(jì)與校…………………..24HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf5.1.1尺寸設(shè)計(jì)HYPERLINK../../wfpaper/y.pdf5.1.2尺寸校核5.1.3導(dǎo)向裝置5.1.4平衡裝置HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf5.2手臂升降某些尺寸設(shè)計(jì)與?！?6HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf5.2.1尺寸設(shè)計(jì)HYPERLINK../../wfpaper/y.pdf5.2.2尺寸校核HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf5.3手臂回轉(zhuǎn)某些尺寸設(shè)計(jì)與校核…………………27HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf5.3.1尺寸設(shè)計(jì)HYPERLINK../../wfpaper/y.pdf5.3.2尺寸校核HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第六章氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf6.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理………29HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf6.2氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖參數(shù)化繪………30HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf第七章機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì)HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf7.1可編程序控制器選取及工作過…………….31HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf7.1.1可編程序控制器選取HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf7.1.2可編程序控制器工作過程HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf7.2可編程序控制器使用環(huán)節(jié)…….31HYPERLINK../../../wfpaper/y.pdf7.3機(jī)械手可編程序控制器控制方………………..32第八章結(jié)論………………...36道謝………….37參照文獻(xiàn)四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人構(gòu)造設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 121130 謝剛指引教師： 俞國燕中文摘要：本文簡要簡介了工業(yè)機(jī)器人概念機(jī)械手構(gòu)成和分類機(jī)械手自由度和標(biāo)形式，氣動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)PLC控制特點(diǎn)及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。本文對機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)擬定了機(jī)械手坐標(biāo)形式和自由度擬定了機(jī)械手技術(shù)參數(shù)同步設(shè)計(jì)了機(jī)械手夾持式手部構(gòu)造設(shè)計(jì)了機(jī)械手手腕構(gòu)造計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手手臂構(gòu)造。設(shè)計(jì)出了機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖對氣壓系統(tǒng)工作原理圖參數(shù)化繪制進(jìn)行了研究，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量。運(yùn)用可編程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選用了適當(dāng)PLC型號(hào)，依照機(jī)械手工作流程制定了可程序控制器控制方案畫出了機(jī)械手工作時(shí)序圖并繪制了可編程序控制器控制程序。核心詞工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械手，氣動(dòng)，可編程序控制器PLC）ASAT：tfrst，thepprntroducsthecocptonofthendustrlrobotndthee. drynformtonofthedvopmntbrfy.htsmor，thepprccoutsfrthebckgroundndtheprmrymssonofthetopc.Thepprntroducsthefucton，composngndcssfctonofthemnputor，tsoutthefr-dgrendthefrmfcoordnte.tthesmetm，thepprgvsoutthermryspcfctonprmtrofthsmnpulto,Thepprdsgnsthestrcturefthehndndthequpmntoftherveofthemnputor，Thspprdsgnsthesructreof thewrst，computsthenddmomntofthedrvewhntherstwhsndthemomntofthedrveofthepump.Thepprdsgnsthestrctureftherm.Thepprdsgnsthesstmfrprsurervenddrsthewrkprncpechrt，themnputorussPC tocontrol.ThepprnsttutstwocotrolschmsofPCccrdngtothewrkfowfthemnputor.Thepprdrwsouttheworktmesqucechrtndthetrpachrt.htsmore，thepprworkottheconrolprogrmfthePC,EYS: ndusrlrobot，mnpultor，pump，rprsurerve，PC第一章 緒論11工業(yè)機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)器人由操作(機(jī)械本體)控制器伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完畢各種作業(yè)機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)勞動(dòng)條件和產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代起著十分重要作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)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)科而形成高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用狀況，是一種國家工業(yè)自動(dòng)化水平重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡樸意義上代替人工勞動(dòng)，而是綜合了人特長和機(jī)器特長一種擬人電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)迅速反映和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精準(zhǔn)度高、抗惡劣環(huán)境能力，從某種意義上說它也是機(jī)器進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少自動(dòng)化設(shè).機(jī)械手是模仿著人手某些動(dòng)作，按給定程序、軌跡和規(guī)定實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手被稱“工業(yè)機(jī)械手生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn):可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生;特別在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常工作，意義更為重大。因而，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱解決、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)送業(yè)等方面得到越來越廣泛引.機(jī)械手構(gòu)造形式開始比較簡樸，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床上下料裝置，是附屬于該機(jī)床專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，制成了可以獨(dú)立按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作合用范疇比較廣“程序控制通用機(jī)械手，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能不久變化工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，因此它在不斷變換生產(chǎn)品種中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛引用。1.2機(jī)械手構(gòu)成和分類1.2.1機(jī)械手構(gòu)成機(jī)械手重要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所構(gòu)成各系統(tǒng)相互之間關(guān)系如方框2-1所示。機(jī)械手構(gòu)成方框:Panechartofcompositionofmanipulator(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)涉及手部、手腕、手臂和立柱等部件，有還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手部即與物件接觸部件。由于與物件接觸形式不，可分為夾持式和吸式手在本課題中咱們采用夾持式手部構(gòu)造夾持式手部由手(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成手指是與物件直接接觸構(gòu)件慣用手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型回轉(zhuǎn)型手指構(gòu)造簡單制造容易故應(yīng)用較廣泛平移型應(yīng)用較少其因素是構(gòu)造比較復(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位置因而適當(dāng)夾持直徑變化范疇大工件手指構(gòu)造取決于被抓取物件表面形狀被抓部(是外廓或是內(nèi))和物件重量及尺寸。慣用指形有平面V形面和曲面:手指有外夾式和內(nèi)撐;指數(shù)有雙指式多指式和雙手指式等而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完畢夾放物件任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較時(shí)慣用有: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、手腕是連接手部和手臂部件并可用來調(diào)節(jié)被抓取物件方(即姿勢)3、手臂手臂是支承被抓物件手部手腕重要部件手臂作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定規(guī)定將其搬運(yùn)到指定位.工業(yè)機(jī)械手手臂普通由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)部(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))與驅(qū)動(dòng)(如液壓氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂種運(yùn)動(dòng)。4、立柱立柱是支承手臂部件立柱也可以是手臂一某些手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切聯(lián)系。機(jī)械手I因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。5、行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完畢較遠(yuǎn)距離操作，或擴(kuò)大使用范疇時(shí)，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(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手整機(jī)運(yùn)動(dòng)滾輪式布為有軌和無軌兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)此外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝。6、機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手基本某些，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接作。(二)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)動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置構(gòu)成常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定規(guī)定運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)前工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)普通由程序控制系統(tǒng)和電氣定(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)構(gòu)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)定程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們予以機(jī)械手指令信(如動(dòng)作順序運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)速度及時(shí))同步按其控制系統(tǒng)信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令必要時(shí)可對機(jī)械手動(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)報(bào)警信號(hào)。(二)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定規(guī)定運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)前工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)普通由程序控制系統(tǒng)和電氣定(或機(jī)械擋塊定)系統(tǒng)構(gòu)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)定程序運(yùn)動(dòng)并記憶人們予以機(jī)械手指令信息(如動(dòng)作順序運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)速度及時(shí))同步按其控制系統(tǒng)信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令必要時(shí)可對機(jī)械手動(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。(四)位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)位置進(jìn)行比較然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定精度達(dá)到設(shè)定位.1.2.2機(jī)械手分類工業(yè)機(jī)械手種類諸多關(guān)于分類問題當(dāng)前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一分類原則在此暫按使用范疇、驅(qū)動(dòng)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)械手兩:1、專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)具備固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)機(jī)械裝置專用機(jī)械手具備動(dòng)作少工作對象單一構(gòu)造簡樸使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)合用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線上、下料機(jī)械手和‘口工中心”2、通用機(jī)械手它是一種具備獨(dú)立控制系統(tǒng)程序可變動(dòng)作靈活多樣機(jī)械手格性能范疇內(nèi)其動(dòng)作程序是可變通過調(diào)節(jié)可在不同場合使用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立。通用機(jī)械手工作范疇大定位精度高通用性強(qiáng)合用于不斷變換生產(chǎn)品種中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位方式不同可分為簡易型和伺服型兩:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控:可以是點(diǎn)位，也可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)軌控制，伺服型具備伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，普通伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動(dòng)方式分1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)械手。其重要特點(diǎn):抓重可達(dá)幾百公斤以上傳動(dòng)平穩(wěn)構(gòu)造緊湊動(dòng)作敏捷但對密封裝置規(guī)定嚴(yán)格否則油泄漏對機(jī)械手工作性能有很大影響且不適當(dāng)在高溫低溫下工作若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥制造精度高，油液過濾規(guī)定嚴(yán)格，成本高。2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)械手。其重要特點(diǎn):介質(zhì)李源極為以便輸出力小氣動(dòng)動(dòng)作迅速構(gòu)造簡樸成本低但是由于空氣具備可壓縮特性工作速度穩(wěn)定性較差沖擊大并且氣源壓力較低抓重普通30公斤如下在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手構(gòu)造大因此合用于高速輕載高溫和粉塵大環(huán)境中進(jìn)行工作。3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)(如凸輪連桿齒輪和齒條間歇機(jī)構(gòu))驅(qū)動(dòng)機(jī)械手它是一種附屬于工作主機(jī)專用機(jī)械手其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞它重要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)精確可靠，用于工作主機(jī)上、下料。動(dòng)作頻率大，但構(gòu)造較大，動(dòng)作程序不可變。4、電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊構(gòu)造感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)械手，由于不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械構(gòu)造簡樸。其中直線電機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度快和行程長，維護(hù)和使用以便。此類機(jī)械手當(dāng)前還不多，但有發(fā)展前程。(三)按控制方式分1、點(diǎn)位控制它運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間移動(dòng)只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾種點(diǎn)位置不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡若欲控制點(diǎn)數(shù)多則必然增長電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜性當(dāng)前使用專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、持續(xù)軌跡控制它運(yùn)動(dòng)軌跡為空間任意持續(xù)曲線其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和精確運(yùn)動(dòng)并且使用范疇廣但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜工業(yè)機(jī)械手普通采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾種趨：(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提(高速度高精度高可靠性便于操作和維)而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格91年10.3萬美元降至97年65萬美元。(2)機(jī)械構(gòu)造向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展例如關(guān)節(jié)模塊中伺服電機(jī)減速機(jī)檢測系統(tǒng)三位一體:由關(guān)節(jié)模塊連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整;國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基PC機(jī)開放型控制器方向發(fā)展，便于原則化網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高控制柜日見小巧且采用模塊化構(gòu)造:大大提高了系統(tǒng)可靠性、易操作性和可維修性。(4)機(jī)器人中傳感器作用日益重要，除采用老式位置、速度、加速度等傳感器外，裝配焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺力覺等傳感器而遙控機(jī)器人則采用視覺聲覺、力覺、觸覺等多傳感器融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控;多傳感器融合配備技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中作用已從仿真預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中感覺來操縱機(jī)器人。(6)當(dāng)代遙控器人系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)而是致力于操作者與機(jī)器人人機(jī)交互控制即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段美國發(fā)射到火星上“索杰納機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用最知名實(shí)例。(7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起94年美國開發(fā)“虛擬軸機(jī)床以來這種新型裝置已成為國際研究熱點(diǎn)之一紛紛摸索開拓其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人從80年“七五科技攻關(guān)開始起步在國家支持下通過“七五“八五科技攻關(guān)當(dāng)前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)生產(chǎn)了某些機(jī)器人核心元器件開發(fā)出噴漆弧焊點(diǎn)焊裝配搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家公司近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠焊裝線上但總來看國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平和國外比尚有一定距離如:可靠性低于國外產(chǎn):機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚應(yīng)用領(lǐng)域窄生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差;在應(yīng)用規(guī)模上，國內(nèi)己安裝國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)萬分之四以上因素重要是有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)當(dāng)前國內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)顧客規(guī)定“一客戶一次重新設(shè)計(jì)品種規(guī)格多批量小、零部件通用化限度低、供貨周期長、成本也不低，并且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因而迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期核心技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃搞好系列化通用化模塊化設(shè)計(jì)積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn).國內(nèi)智能機(jī)器人和特種機(jī)器人863”籌劃支持下，也獲得了不少成果。其中最為突出是水下機(jī)器人6000m水下無纜機(jī)器人成果居世界領(lǐng)先水平還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī):在機(jī)器人視、力覺、觸覺、聲覺等基本技術(shù)開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作有了一定發(fā)展基本但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人智能裝配機(jī)器人機(jī)器人化機(jī)械等開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步與國外先進(jìn)水平差距較大需要在原有成績基本上有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)才干形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用技術(shù)和產(chǎn)品以期“十五后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.4課題提出及重要任務(wù)1.4.1課題提出進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國內(nèi)人口老齡化提前到來，近來在東南沿海還出當(dāng)前大量缺工現(xiàn)象迫切規(guī)定咱們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度提高國內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化水平勢在必行本設(shè)計(jì)目就是設(shè)計(jì)一種氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到此外一條生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)減輕產(chǎn)業(yè)工人大量重復(fù)性勞動(dòng)，同步又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。。當(dāng)前機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在如下幾種缺陷：(1)液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多能量損(摩擦損失、泄露損失):液壓傳動(dòng)易泄漏，不但污染工作場地，限制其應(yīng)用范疇，也許引起失火事故，并且影響執(zhí)行某些運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及對的性。(2)工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性變化。(3)因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。(4)為了減少泄漏液壓元件制造工藝水平規(guī)定較高故價(jià)格較;且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動(dòng)，氣動(dòng)技術(shù)有如下長處：(1)介質(zhì)提取和解決以便。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，處理以便普通不需設(shè)立回收管道和容:介質(zhì)清潔管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充問題.（2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣輸送過程中，阻力損失較(普通不卜澆塞僅為油路千分之)，空氣便于集中應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，導(dǎo)致壓力明顯減少和嚴(yán)重污染。(3)動(dòng)作迅速，反映敏捷。氣動(dòng)系統(tǒng)普通只需0.02s-0.3s即可建立起所需壓力和速度。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，因而，發(fā)生突然斷電等狀況時(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，并且不會(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)工作壓力低，因而減少了氣動(dòng)元、輔件材質(zhì)和加工精度要求制造容易成本較低老式觀點(diǎn)以為:由于氣體具備可壓縮性因而在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困(特別在高速狀況下，似乎更難想)。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)器人中驅(qū)動(dòng)功能已有某些被工業(yè)界所接受，并且對于不太復(fù)雜機(jī)械手，用氣動(dòng)元件構(gòu)成控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)獲得一系列重要進(jìn)展過去簡介得不夠，因而在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人實(shí)用性和前景存在不少疑慮。1.4.2課題重要任務(wù)本課題將要完畢重要任務(wù)如:(1)機(jī)械手為通用機(jī)械手，因而相對于專用機(jī)械手來說，它合用面相對較.(2)選用機(jī)械手座標(biāo)型式和自由度(3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)涉及:手部手腕手臂等部件設(shè)計(jì)為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計(jì)成可更換構(gòu)造，不但可以應(yīng)用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要時(shí)候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來吸取板料工件。(4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，涉及氣動(dòng)元器件選用，氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。(5)對氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖參數(shù)化繪制進(jìn)行研究，提繪圖效率，改進(jìn)繪圖質(zhì)量。(6)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選用PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手工作流程編制PLC程序，并畫出梯形圖。第二章 械手計(jì)方案對氣動(dòng)機(jī)械手基本規(guī)定是能迅速、精確地-放和搬運(yùn)物件，這就規(guī)定它們具備高精度迅速反映一定承載能力足夠工作空間和靈活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)械手原則:充分分析作業(yè)對(工件)作業(yè)技術(shù)規(guī)定，擬定最合理作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能規(guī)定和環(huán)境條;明確工件構(gòu)造形狀和材料特性，定位精度規(guī)定抓取搬運(yùn)時(shí)受力特性尺寸和質(zhì)量參數(shù)等從而進(jìn)一步擬定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)營控制規(guī)定;盡量選用定型原則組件簡化設(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.本次設(shè)計(jì)機(jī)械手是通用氣動(dòng)上下料機(jī)械手，是一種適合于成批或中小批生產(chǎn)可以變化動(dòng)作程序自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞2.1機(jī)械手座標(biāo)型式與自由度按機(jī)械手手臂不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合狀況其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具備升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而，采用圓柱座標(biāo)型式相應(yīng)機(jī)械手具備三個(gè)自由度為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小缺陷增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增長一種手臂上下擺動(dòng)自由度圖2-1機(jī)械手運(yùn)動(dòng)示意圖Fia.2-1SketchMapoftheMotionofManipulator2.2機(jī)械手手部構(gòu)造方案設(shè)計(jì)為了使機(jī)械手通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手手部構(gòu)造設(shè)計(jì)成可更換構(gòu)造，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手;當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。2.3機(jī)械手手腕構(gòu)造方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手通用性，同步由于被抓取工件是水平放置，因而手腕必要設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作規(guī)定因而手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。2.4機(jī)械手手臂構(gòu)造方案設(shè)計(jì)按照抓取工件規(guī)定本機(jī)械手手臂有三個(gè)自由度即手臂伸縮左回轉(zhuǎn)降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)立柱橫向移動(dòng)即為手臂橫移。手臂各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。2.5機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作迅速，反映敏捷，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因而本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。2.6機(jī)械手控制方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手通用性同步使用點(diǎn)位控制因而咱們采用可編程序控制(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手動(dòng)作流程變化時(shí)，只需變化PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常以便快捷。2.7機(jī)械手重要參數(shù)1.機(jī)械手最大抓重是其規(guī)格主參數(shù)由于是采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)因而考慮抓取物體不應(yīng)當(dāng)太重查閱有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際狀況本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)抓取工件質(zhì)量5公斤2.基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手重要基本參數(shù)操作節(jié)拍對機(jī)械手速度提出了規(guī)定設(shè)計(jì)速度過低限制了它使用范疇。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢重要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)速度。該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為m/s。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為90/s。平均移動(dòng)速度為m/s。平均回轉(zhuǎn)速度為60/s。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過程加、減速度存在，用速度一行程曲線來闡明速度特性較為全面，由于平均速度與行程關(guān)于，故用平均速度表達(dá)速度快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以，手臂設(shè)計(jì)基本參數(shù)尚有伸縮行程和工作半徑。大某些機(jī)械手設(shè)計(jì)成相稱于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作空間。過大伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性減少。在這種狀況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。依照記錄和比較，該機(jī)械手手臂伸縮行程定600mm,最大工作半徑約為m。手臂升降行程定為m。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手定位精度為m。2.8機(jī)械手技術(shù)參數(shù)列表一、用途：用于自動(dòng)輸送線上下料。二、設(shè)計(jì)技術(shù)參:1、抓重5kg2、自由度數(shù)4個(gè)自由度3、座標(biāo)型式圓柱座標(biāo)4、最大工作半徑5、手臂最大中心高6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)伸縮行程伸縮速度m/s升降行程升降速度m/s回轉(zhuǎn)范疇0180回轉(zhuǎn)速度90/s7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)回轉(zhuǎn)范疇

0180回轉(zhuǎn)速度90/s8、手指夾持范疇棒料:8m159、定位方式行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等10、定位精度11、驅(qū)動(dòng)方式氣壓傳動(dòng)12、控制方式點(diǎn)位程序控(采用PLC)圖2-6 ‘機(jī)械手工作范疇Fig.2-6Work第三章 部構(gòu)造計(jì)為了使機(jī)械手通用性更強(qiáng)把機(jī)械手手部構(gòu)造設(shè)計(jì)成可更換構(gòu)造當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手:如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤式構(gòu)造，3.1夾持式手部構(gòu)造夾持式手部構(gòu)造由手(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成其傳力構(gòu)造形式比較多如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。3.1.1手指形狀和分類夾持式是最常用一種，其中慣用有兩指式、多指式和雙手雙指:按手指夾持工件部位又可分為內(nèi)卡(或內(nèi)漲式)和外夾式兩:按模仿人手手指動(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)(或稱直進(jìn))，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)型手指兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)距離縮小到無窮小時(shí)就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手；同理當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指手指長度變成無窮長時(shí)就成為移動(dòng)型回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小構(gòu)造簡樸制造容易應(yīng)用廣泛移動(dòng)型應(yīng)用較少其構(gòu)造比較復(fù)雜龐大當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化零件時(shí)不影響其軸心位置，能適應(yīng)不同直徑工件。3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮幾種問題(一)具備足夠握(即夾緊力)在擬定手指握力時(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)生慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。(二)手指間應(yīng)具備一定開閉角兩手指張開與閉合兩個(gè)極限位置所夾角度稱為手指開閉角手指開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開若夾持不同直徑工件應(yīng)按最大直徑工件考慮對于移動(dòng)型手指只有開閉幅度規(guī)定。(三)保證工件準(zhǔn)擬定位為使手指和被夾持工件保持精確相對位置必要依照被抓取工件形狀選取相應(yīng)手指形狀。例如圓柱形工件采用帶V”形面手指，便自動(dòng)定心。(四)具備足夠強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件反作用力外還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生慣性力和振動(dòng)影響規(guī)定有足夠強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形當(dāng)應(yīng)盡量使構(gòu)造簡樸緊湊自重輕，并使手部中心在手腕回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。(五)考慮被抓取對象規(guī)定依照機(jī)械手工作需要，通過比較，咱們采用機(jī)械手手部構(gòu)造是一支點(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)V型，其構(gòu)造如附圖所示。3.1.3手部夾緊氣缸設(shè)計(jì)1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題氣動(dòng)機(jī)械手手部構(gòu)造如3-2所示，圖3-2齒輪齒條式手部Fig.3-2GearWheelHand其工件重G=5公斤，V形手指角度12，bmRm,摩擦系數(shù)為f(1)依照手部構(gòu)造傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力:

10pbNR(2)依照手指夾持工件方位，可得握力計(jì)算公:Ntg)55tg60542')2(N)因此pbNR

24(N)(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng):p pK1K2實(shí)際 I,由于傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取94，并取K15。若被抓取工件最大加a速度取a3g時(shí)，則：K21 4g因此p

24554156(N)94因此夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸驅(qū)動(dòng)力為N。2、氣缸直徑本氣缸屬于單向作用氣缸依照力平衡原理單向作用氣缸活塞桿上輸出推力必要克服彈簧反作用力和活塞桿工作時(shí)總阻力，其公式:D2P1

tz4式中:

1-活塞桿上推力NFt-彈簧反作用力NFz-氣缸工作時(shí)總阻，NP-氣缸工作壓力Pa彈簧反作用按下式計(jì):tGf1s)G4G1G4f 3Gf=

1n1Gd4118D3n1式中：Gf- 彈簧剛度N/m1-彈簧預(yù)壓縮量ms-活塞行程md1-彈簧鋼絲直徑m1-彈簧平均直徑.n-彈簧有效圈.G-彈簧材料剪切模量，普通取G409Pa在設(shè)計(jì)中，必要考慮負(fù)載率影響，則:D21

t4由以上分析得單向作用氣缸直:D (1Ft)代入關(guān)于數(shù)據(jù)，可得Gd4 9

341 7410

510)Gf

18D3n1

830103)3

15374(N/)tGf1s)367466010322(N)因此：D

(1Ft)pn

4(00.6)0.506()查關(guān)于手冊圓整，得D由d/D23,可得活塞桿直：d2)D3圓整后，取活塞桿直徑dm校核，按公式1

//4d2)]有：d(4F1/)0.5其中，[]Pa，10N則：d(40/0)058滿足實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)定。3,缸筒壁厚設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力必要有一定厚度普通氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比不大于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì):Pp/]式中:6-缸筒壁厚mmD-氣缸內(nèi)徑mmp-實(shí)驗(yàn)壓力，取p

1.5P，Pa材料為:ZL3,[]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚:Pp/]656105/(23106)()取m，則缸筒外為：15520(m)第四章 腕構(gòu)造計(jì)考慮到機(jī)械手通用性同步由于被抓取工件是水平放置因而手腕必要設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作規(guī)定因而手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。4.1手腕自由度手腕是連接手部和手臂部件它作用是調(diào)節(jié)或變化工件方位因而它具備獨(dú)立自由度以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜動(dòng)作規(guī)定手腕自由度選用與機(jī)械手通用性加工工藝規(guī)定工件放置方位和定位精度等許多因素關(guān)于由于本機(jī)械手抓取工件是水平放置，同步考慮到通用性，給手腕設(shè)一x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作規(guī)定當(dāng)前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用最多為回轉(zhuǎn)(氣)缸因而咱們選用回轉(zhuǎn)氣缸它構(gòu)造緊湊，但回轉(zhuǎn)角度不大于36，并且規(guī)定嚴(yán)格密封。4.2手腕驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力矩手腕回轉(zhuǎn)上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩必要克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生慣性力矩手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處摩擦阻力矩動(dòng)片與缸徑定片端蓋等處密封裝置摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重疊產(chǎn)生偏重力.圖4-1所示為手腕受力示意圖。1.工件2.手部3.手腕圖4-1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)Fig.4-1BearForceConditionofWristWhenRotating手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì):M驅(qū)M慣M偏M摩M封式中:

M驅(qū)- 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力(Nm);M慣- 慣性力矩(Nm);M偏- 參加轉(zhuǎn)動(dòng)零部件重(涉及工件手部手腕回轉(zhuǎn)缸動(dòng))對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生偏重力(Nm).,; M封- 手腕回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置摩擦阻力矩(Nm);下面以圖4-1所示手腕受力狀況，分析各阻力矩計(jì):1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生慣性力M悅?cè)羰滞笃饎?dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角速度為起動(dòng)過程所用時(shí)間為t，則:慣 ）M J慣 ）t

(N)式中：J-參加手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部件對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Ncs2);2J1-工件對手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Ncs2

)`。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)線不重疊，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為:JJ

1e21 c g 12式中:2

Jc-工件對過重心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Ncs):1-工件重(N);1-工件重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏心(cm),-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角速(弧度/s);t-起動(dòng)過程所需時(shí)(s);—起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過角(弧度)。2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件偏重對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生偏重力M偏M偏11

+G3e3

(Nm)式中:

G3-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重(N);e3-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏心(cm)當(dāng)工件重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重疊時(shí)，則110.3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處摩擦阻力矩M封fM封

(RAd22

RB

d1)(Nm)式中：d1

，d2-轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸頸直(cm);f-摩擦系數(shù)，對于滾動(dòng)軸承f

01，對于滑動(dòng)軸承f

1;RA，RB-處支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸受力分析求解，依照MA

0,得:RBlG3l3G2l21lRB

11G2l2G3l3l同理，依照MB(F)0,得:R1l1)G2ll2)G3ll3)A l式中：G2-重量(N)l，1，l2，l3,—如圖4-1所示長度尺(cm).4轉(zhuǎn)缸動(dòng)片與缸徑定片端蓋等處密封裝置摩擦阻力M封與選用密襯裝置類型關(guān)于，應(yīng)依照詳細(xì)狀況加以分析。4.2.2回轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算在機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封4把氣腔分隔成兩.當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)則低壓腔氣b孔排出反之輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉氣缸壓P驅(qū)動(dòng)力矩M關(guān)系:pb(R2r2)M ，或p2

2Mb(R2r2)4.2.3手腕回轉(zhuǎn)缸尺寸及其校核1.尺寸設(shè)計(jì)氣缸長度設(shè)計(jì)為bm,氣缸內(nèi)徑為1=96mm,半徑Rm,軸徑D26

D2=26mm,半徑Rm,氣缸運(yùn)營角速度=90

/s加速度時(shí)間t=0.1s,壓強(qiáng)PP,則力矩pb(R2r2)M20.4060.(0.820.62)22.6(Nm)2.尺寸校核1．測定參加手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量m1

0kg,分析部件質(zhì)量分布狀況，質(zhì)量密度等效分布在一種半徑rm圓盤上那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：2J1r2200.5225（km2）工件質(zhì)量為5kg,質(zhì)量分布于長lm棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc

ml21250.2120.004(km2)。如果工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重疊對于長lm棒料來說，最大偏心距10m，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:2JJc11200425052016(km2)M慣(JJ1)t(0.50.7)0.16.(Nm)2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件偏重對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生偏重力為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重疊，10，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離動(dòng)軸線e30m,則M偏11

+G3e3000500.2.(Nm)3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處摩擦阻力為M摩，對于滾動(dòng)軸承f

01，對于滑動(dòng)軸承f=0.1，d1

，d2為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸頸直徑，d10m,

d20m,

RA，RB為軸頸處支承反，粗略預(yù)計(jì)RA0N，RB0N,fM摩

(RAd22

RB

d1)01300021500)20(N)4．回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置摩擦阻力M封，與選用密襯裝置類型關(guān)于，應(yīng)依照詳細(xì)狀況加以分析在此處預(yù)計(jì)M封為M摩3倍，M封3M摩31(N) M驅(qū)M慣M偏M摩M封3552(Nm)M〈M設(shè)計(jì)尺寸符合使用規(guī)定，安全。第五章 臂伸縮升降，轉(zhuǎn)氣缸尺設(shè)與校核5.1手臂伸縮氣缸尺寸設(shè)計(jì)與校核5.1.1手臂伸縮氣缸尺寸設(shè)計(jì)手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)原則氣缸參看此公司生產(chǎn)各種型號(hào)構(gòu)造特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)實(shí)際規(guī)定氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63，關(guān)于此氣缸資料詳情請參看煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠公司主頁：HYPERLINK.cn/products.asp.5.1.2尺寸校核1.在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑1=63mm,半徑R=31.5mm氣缸尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng)PPa,則驅(qū)動(dòng)力：FPR24106140312124(N)1，測定手腕質(zhì)量50kg,設(shè)計(jì)加速度a1(m/s)，則慣性力100(N)2.考慮活塞等摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)k2,mk10.200(N) 總受力01m00(N)0F因此原則CTA氣缸尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力規(guī)定規(guī)定。5.1.3.導(dǎo)向裝置氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指正確方向，并使活塞桿不受較大彎曲力矩作用，以增長手臂剛性，在設(shè)計(jì)手臂構(gòu)造時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用導(dǎo)向裝置。詳細(xì)安裝形式應(yīng)當(dāng)依照本設(shè)計(jì)詳細(xì)構(gòu)造和抓取物體重量等素來擬定，同步在構(gòu)造設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)當(dāng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件重量和減少對回轉(zhuǎn)中心慣量。導(dǎo)向桿當(dāng)前常采用裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中才用單導(dǎo)向桿來增長手剛性和導(dǎo)向性。5.1.4平衡裝置在本設(shè)計(jì)中為了使手臂兩端可以盡量接近重力矩平衡狀態(tài)減少手一側(cè)重力矩對性能影響故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置裝置內(nèi)加放砝碼砝碼塊質(zhì)量依照抓取物體重量和氣缸運(yùn)營參數(shù)視詳細(xì)狀況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。5.2手臂升降氣缸尺寸設(shè)計(jì)與校核5.2.1尺寸設(shè)計(jì)氣缸運(yùn)營長度設(shè)計(jì)為l=118mm,氣缸內(nèi)徑為1=110mm,半徑R=55mm,氣缸運(yùn)營速度，加速度時(shí)間t=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力G0R

240642379(N)5.2.2尺寸校核1．測定手腕質(zhì)量80kg,則重力G00(N)2，設(shè)計(jì)加速度a(m/s)，則慣性力1050(N)3.考慮活塞等摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)k1，Gmk10.100(N) 總受力GqG1Gm000(N)GqG0因此設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用規(guī)定。5.3手臂回轉(zhuǎn)氣缸尺寸設(shè)計(jì)與校核5.3.1尺寸設(shè)計(jì)氣缸長度設(shè)計(jì)為bm,氣缸內(nèi)徑為10m,半徑R=105mm,軸徑D20m半徑Rm,氣缸運(yùn)營角速度=90

/s，加速度時(shí)間t0.5s,壓強(qiáng)PPa,pb(R2r2)則力矩：M20.4060.2(0.520.02)25(Nm)5.3.2尺寸校核1．測定參加臂轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量m1

0kg,分析部件質(zhì)量分布狀況，質(zhì)量密度等效分布在一種半徑rm圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：2J1r2200.0226（km2）M J.慣 t0.60.58(Nm)考慮軸承，油封之間摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)k2,M摩kM慣0.210854

Nm）總驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū)M慣M摩108.4114

N）M〈M 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用規(guī)定。第七章 械手PC控設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手通用性，同步使用點(diǎn)位控制，因而咱們采用可編程序控制(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控.當(dāng)機(jī)械手動(dòng)作流程變化時(shí)，只需變化PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常以便快捷。7.1可編程序控制器選取及工作過程7.1.1可編程序控制器選取當(dāng)前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器廠家諸多，如日本三菱公司F系列PC,德國西門子公司SIMATICN5系列PC日本OMRON(立石)公司C型P型PC等考慮到本機(jī)械手輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡樸，同步考慮到制導(dǎo)致本，因而在本次設(shè)計(jì)中選取了OMRON公司C28P型可編程序控制器。7.1.2可編程序控制器工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行顧客程序來完畢各種不同控制任務(wù)。為此采用了循環(huán)掃描工作方式。詳細(xì)工作過程可分4個(gè)階段。第一階段是初始化解決。可編程序控制器輸入端子不是直接與主機(jī)相連CPU對輸入輸出狀態(tài)詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱I/0狀態(tài).該表是一種專門存放輸入輸出狀態(tài)信息存儲(chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)輸入狀態(tài)信息存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存;存儲(chǔ)輸出狀態(tài)信息存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時(shí)CPU一方面使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。第二階段是解決輸入信號(hào)階段。在解決輸入信號(hào)階段CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描將獲得各個(gè)輸入端子狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存儲(chǔ)在同一掃描周期內(nèi)各個(gè)輸入點(diǎn)狀態(tài)I/0狀態(tài)表中始終保持不變不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化影響因而不能導(dǎo)致運(yùn)算成果混亂保證了本周期內(nèi)顧客程序?qū)Φ膱?zhí)行。第三階段是程序解決階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信所有進(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，可編程序控制器對顧客程序進(jìn)行依次掃描，并依照I/0狀態(tài)和關(guān)于指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將成果寫I/0狀態(tài)表輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出解決階段。段CPU對顧客程序已掃描解決完畢，并將運(yùn)算成果寫入I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(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)動(dòng)作。然后CPU又返回執(zhí)行下一種循環(huán)掃描周期。7.2可編程序控制器使用環(huán)節(jié)在可編程序控制器與被對象(機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過)構(gòu)成一種自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn):(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)即擬定被控對象動(dòng)作及動(dòng)作順序。(2)I/0分派即擬定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器并分派給相應(yīng)輸入端;哪些信號(hào)是由可編程序控制器送到被控對象并分派相應(yīng)輸出端.此外對用到可編程序控制器內(nèi)部計(jì)數(shù)器、定期器等也要進(jìn)行分派。可編程序控制器是通過編號(hào)來辨認(rèn)信號(hào)。(3)畫梯形圖它與繼電器控制邏輯梯形圖概念相似，表達(dá)了系統(tǒng)中所有動(dòng)作互有關(guān)系。如果使用圖形編程(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相稱編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要通過下一步助記符程序轉(zhuǎn)換過程。(4)助記符機(jī)器程序相稱于微機(jī)助記符程序，是面向機(jī)器(即不同廠家可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才干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法錯(cuò)誤，若有則修改。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。(6)調(diào)試程序即檢查程序與否能對的完畢邏輯規(guī)定不合規(guī)定可以在編程器上修改程序設(shè)(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào))也可在工具上進(jìn)行。IBM-PC機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)軟件。(7)保存程序調(diào)試通過程序，可以固化EPROM中或保存在磁盤上備用。7.3機(jī)械手可編程序控制器控制方案7.3.1系統(tǒng)簡介控制對象為圓柱座標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手它手臂具備三個(gè)自由度即水平方向伸;豎直方向上下;繞豎直軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)及逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)此外其末端執(zhí)行裝置—機(jī)械手還可完畢抓放功能以上各動(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)線圈相應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng))分別控制五個(gè)氣缸使機(jī)械手完畢伸、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，使氣缸直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)這樣可PLC8個(gè)輸出端與電磁閥8個(gè)線圈相連通過編程使電磁閥各線圈按一定序列勉勵(lì)從而使機(jī)械手按預(yù)先安排動(dòng)作序列工.如果欲變化機(jī)械手動(dòng)作，不需變化接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。此外，除抓放外，別的六個(gè)動(dòng)作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測動(dòng)作與否到位，如果某動(dòng)作沒有到位，則出錯(cuò)批示燈亮。7.3.2工業(yè)機(jī)械手工作流程此機(jī)械手用自動(dòng)輸送線上下料。當(dāng)按下機(jī)械手啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)械手有下動(dòng):先右轉(zhuǎn)至右限位開關(guān)動(dòng)(1DT通電)下降至下限位開(5DT通電)手腕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90(7DT通電)手臂伸長至限位開(3DT通電)檢查有無物品若有物品手爪抓緊(9DT通電)手臂收縮至限位開(4DT通電)上升至上限位開(6DT通電)左轉(zhuǎn)至左限位開關(guān)動(dòng)(2DT通電)手腕順時(shí)針轉(zhuǎn)900(8DT通電)手臂伸長至最長(3DT通電)手爪松開(IODT通電)延時(shí)手臂收縮最(4DT通電)至此一種工作循環(huán)完畢。7.3.3機(jī)械手工作時(shí)序圖如附圖所示4，1/0分派依照系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)目，選OMRONC28P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)0500-0511.5、梯形圖設(shè)(如附圖所)依照機(jī)械手邏輯時(shí)序圖1/0分派，畫出控制梯形圖，如