1385-近距離自動移動式機械手臂設(shè)計——氣壓驅(qū)動式,近距離,自動,移動式,機械,手臂,設(shè)計,氣壓,驅(qū)動 1PLC 控制機械手設(shè)計機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設(shè)計該機械手控制程序的步驟和方法。1、機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖 1 所示。圖 1 機械手傳送示意及操作面板圖22、輸入和輸出點分配表及原理接線圖表 1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸出啟動 SB1 X0 夾緊 SB5 X10 電磁閥下降 YV1 Y0下限行程 SQ1 X1 放松 SB6 X11 電磁閥夾緊 YV2 Y1上限行程 SQ2 X2 單步上升 SB7 X12 電磁閥上升 YV3 Y2右限行程 SQ3 X3 單步下降 SB8 X13 電磁閥右行 YV4 Y3左限行程 SQ4 X4 單步左移 SB9 X14 電磁閥左行 YV5 Y4停止 SB2 X5 單步右移 SB10 X15 原點指示 EL Y5手動操作 SB3 X6 回原點 SB11 X16連續(xù)操作 SB4 X7 工件檢測 SQ5 X1733、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖 3 所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16 接通，系統(tǒng)自動回原點， Y5 驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則 X6 接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ 為一跳轉(zhuǎn)指令，如果 CJ 驅(qū)動，則跳到指針 P 所指 P0 處） ，執(zhí)行手動程序。之后，由于 X7 常閉觸點，當(dāng)執(zhí)行 CJ 指令時，跳轉(zhuǎn)到 P1 所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置， （既 X6 常閉閉合、 X7 常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4、回原位程序回原位程序如圖 4 所示。用 S10~S12 作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用 S10~S19 作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043 置 1。45、手動單步操作程序　如圖 5 所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。56、自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖 6 所示。當(dāng)機械手處于原位時，按啟動 X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S20，驅(qū)動下降 Y0，當(dāng)?shù)竭_下限位使行程開關(guān) X1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S21，而 S20 自動復(fù)位。S21 驅(qū)動 Y1 置位，延時 1 秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當(dāng) T0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S22，驅(qū)動 Y2 上升，當(dāng)上升到達最高位，X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S23。S23 驅(qū)動 Y3 右移。移到最右位，X3 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S24 下降。下降到最低位，X1 接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時 1 秒。延時時間到，T1 接6通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S26 上升。上升到最高位， X2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S27左移。左移到最左位，使 X4 接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。7、機械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖 7 所示。圖中從第 0 行到第 27 行為回原位狀態(tài)程序。從第 28行到第 66 行，為手動單步操作程序。從第 67 行到第 129 行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖 3 的操作系統(tǒng)運行的。回原位程序和自動操作程序。是用步進順控方式編程。在各步進順控末行，都以 RET 結(jié)束本步進順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動返回初始態(tài) S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài) S2。78、指令語句表8南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)前期工作材料學(xué) 生 姓 名 : 唐曉靜 學(xué) 號： 0101140104學(xué) 院 (系 ): 機械工程學(xué)院專 業(yè) : 機械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計 (論 文 )題 目 : 近距離自動移動式機械手臂設(shè)計——氣壓驅(qū)動式指 導(dǎo) 教 師 : 呂夏 副高(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))材 料 目 錄序號 名 稱 數(shù)量 備 注1 畢業(yè)設(shè)計(論文)選題、審題表 12 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 13 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 14 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 15 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 12005 年 6 月 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名： 唐曉靜學(xué) 號：0101140104專 業(yè) ： 機械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計 (論文 )題目 ： 近距離自動移動式機械手臂設(shè)計——氣壓驅(qū)動式指 導(dǎo) 教 師 : 呂夏2005 年 3 月 31 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15 篇（不包括辭典、手冊） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。（一）執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。5、行走機構(gòu) 機械手為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機構(gòu)。滾輪式行走機構(gòu)可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機座 它是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。（二）驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。1、液壓傳動 是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。2、氣壓傳動 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。其主要特點是介質(zhì)來源極方便、氣動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。3、機械傳動 即由機械傳動機構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等）驅(qū)動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠、動作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。4、電力傳動 即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。（三）控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間） ，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。（四）位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的進度達到設(shè)定位置。這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設(shè)計——氣壓驅(qū)動。一、氣源系統(tǒng)壓縮空氣是保證氣動系統(tǒng)正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。二、氣動執(zhí)行機構(gòu)氣動執(zhí)行機構(gòu)由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線往復(fù)運動或往復(fù)擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅(qū)動機構(gòu)作回轉(zhuǎn)運動。三、空氣控制閥1、 壓力控制閥分為：調(diào)壓閥、安全閥和順序閥等。2、 流量控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執(zhí)行機構(gòu)的工作速度。流量控制閥主要有節(jié)流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥等。3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機構(gòu)的動作發(fā)生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數(shù)量占有相當(dāng)大的比例，并在氣動系統(tǒng)中起著神經(jīng)中樞的作用。四、氣動基本回路1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。五、其他部分行走機構(gòu)有：車輪式行走機構(gòu)，履帶式行走機構(gòu)，步行式行走機構(gòu)。六、機械手的發(fā)展趨勢：機械手目前多數(shù)應(yīng)用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。為此，機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設(shè)它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應(yīng)的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。主要參考文獻：1 曹承志.電機、拖動與控制學(xué).第 3 版. 北京：機械工業(yè)出版社.20002 王庭樹.機器人運動學(xué)及動力學(xué).第 2 版. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1990.123 孟繁華.機器人應(yīng)用技術(shù).第 1 版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.64 馬香峰.機器人機構(gòu)學(xué).第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社.1991.95 趙錫芳.機器人動力學(xué).第 1 版.上海：上海交通大學(xué)出版社，1992.126 高松海.遙控機器人.第 1 版.北京：原子能出版社，19817 孫耀明.微型機算計在機器人技術(shù)中的作用.第 1 版.北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，19878 路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊.第 2 版.北京：機械工業(yè)出版社.20029 陳奎生.液壓傳動與氣壓傳動.第 1 版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.810 何存興.張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動.第 3 版.武漢：華中理工大學(xué)出版社，199811 宋學(xué)義.袖珍液壓氣動手冊.第 1 版.重慶：重慶大學(xué)出版社，199712 機械工業(yè)部.中小型電機產(chǎn)品樣本.第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社，199513 李發(fā)海.王巖.電機與拖動基礎(chǔ).第 1 版.北京：清華大學(xué)出版社，199414 諸靜.機器人與控制技術(shù).第 1 版.浙江：浙江大學(xué)出版社，199115 熊有倫.丁漢.劉恩滄.機器人學(xué).第 1 版. 機械工業(yè)出版社，199316 吳廣玉.姜復(fù)興.機器人工程導(dǎo)論.第 1 版.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1988 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大地改善了工人勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設(shè)計——氣壓驅(qū)動式” 。設(shè)計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動能源——氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉(zhuǎn)動。氣壓泵固定在某處，用一軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。分析手臂的受力，考慮到整個裝置的平衡。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。行走部分我采用滾輪式，用輪子在地面上滾動的方式完成行走運動時比較穩(wěn)定的，應(yīng)為輪子總是離不開地面的。運動手臂采用三個自由度，分別為上升下降，前后和轉(zhuǎn)動。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：該生對機器人的類型及應(yīng)用領(lǐng)域已比較清楚，說明該生已閱讀了一定的相關(guān)資料。并對畢業(yè)設(shè)計任務(wù)所要面臨的問題有了初步的了解，并已明確了設(shè)計任務(wù)中所要用到的氣動原件，為開展畢業(yè)設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。該生的開題報告已達到了學(xué)校規(guī)定的要求。2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：該生的設(shè)計任務(wù)適中，且已明確了目標(biāo)，故預(yù)計能夠圓滿完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。指導(dǎo)教師： 呂夏 2005 年 4 月 13 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者 : 唐曉靜學(xué) 號：0101140104學(xué)院 (系 ): 機械工程學(xué)院專 業(yè) : 機械設(shè)計制造及其自動化題 目 : 近距離自動移動式機械手臂設(shè)計--氣壓驅(qū)動式指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2005 年 6 月呂夏 副高畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要機械手是能夠模仿人手動作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運工件或工具或進行操作的自動化裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。在我國，工業(yè)機械手近年來有較快的發(fā)展，投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用，并且很好的效果。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設(shè)計——氣壓驅(qū)動式”。設(shè)計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動能源——氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉(zhuǎn)動。氣壓泵固定在某處，用一根軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。關(guān)鍵詞 機械手 氣壓驅(qū)動 自動移動 氣泵 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title THE DESIGN OF MECHANIC ARM MOVING AUTOMATICLY IN CLOSE RANGE---THE DRIVE OF ATMOSPHERIC PRESSURE AbstractManipulator is to be able to imitate manpower movement, and according to set program, locus and requirement substitute manpower to grab (inhale), take things or tool or the automation installation that operated， it can be partial to replace the handwork labor of person. The manipulator of higher level type can still imitate the arm movement of person，completes more complex work. In mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively，so improved the labor condition of worker greatly, raising labor productivity notably, quickly realize the step of industrial production mechanization and automation. In our country, industrial manipulator has more rapid development in recent years, have put in plenty of manpower material resources to study and apply，and get very good effect. The problem of this program major research is “the design of manipulator arm moving automatically in close range -- the drive of atmospheric pressure ”. Design includes two big aspects, one is pushcart move part,the other is the operation of arm. They both With same drive energy -- air pump. Walk part can drive two wheels to turn with the motor of atmospheric pressure. The pump of atmospheric pressure fixed in certain place, use a flexible tube linked the pump and motor, motor installation in walk part. The movement of arm in straight line realizes with cylinder, revolving movement realizes with the motor of atmospheric pressure. Walking arm do not move, when the arm moving, walk part stop sport.Keywords Manipulator The drive of atmospheric pressure Automatic movable Air pump 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁目 次 1 引言（或緒論）………………………………………………………………… 11.1 機械手及其組成 ……………………………………………………………… 11.2 機械手的分類………………………………………………………………… 21.3 應(yīng)用機械手的意義………………………………………………………………… 31.4 機械手的發(fā)展概況………………………………………………………………… 32 機械手的設(shè)計…………………………………………………………… 52.1 機械手設(shè)計的總體方案……………………………………………………………52.2 機器人的規(guī)格參數(shù)…………………………………………………………………62.3 氣動部件設(shè)計的簡要分析………………………………………………………… 73 機械手的計算………………………………………………………… 173.1 設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的問題………………………………………………………173.2 小車的設(shè)計及計算………………………………………………………… 234 機械手臂的工作原理………………………………………………………… 214.1 氣動原理圖………………………………………………………… 254.2 電磁鐵動作程序表………………………………………………………… 274.3 機械手的緩沖和定位………………………………………………………… 28結(jié)論 ………………………………………………………………………………… 29致謝 ………………………………………………………………………………30參考文獻……………………………………………………………………………31附錄 A 裝配圖 ………………………………………………………… 28附錄 B 零件圖 ………………………………………………………… 281附件 1：外文資料翻譯譯文機器人應(yīng)用的用戶指南工業(yè)機器人的應(yīng)用的發(fā)展和運用能夠通過一個符合邏輯順序的方法來被很好的探討。由于機器人內(nèi)部固有的限制，仔細(xì)考慮這些限制對任何一個機器人的成功應(yīng)用是很重要的。對一般固定位置索引的選擇，機器人應(yīng)用的短周期的方法包括：更長更復(fù)雜的周期；有跟蹤系統(tǒng)，不同尋常的姿勢及位置的機器人和分步操作代替工具操作的流水線操作等的平行操作。維護和編程應(yīng)該由受過機構(gòu)內(nèi)部培訓(xùn)的人員來操作，而不是簽訂服務(wù)合同的制造商。在應(yīng)用中大多數(shù)設(shè)備維護人員都要有必需的專門知識并且他們的職責(zé)應(yīng)該包括編程和維護機器人。介紹在生產(chǎn)操作中工業(yè)機器人的使用是制造工程的一個比較新的方面。機器人的應(yīng)用的發(fā)展和運用一般跟隨著像其它任何制造過程一樣的步驟。然而，為了成功應(yīng)用，機器人的靈活性和局限性的獨特結(jié)合還需要一些特殊的考慮。通過對機器人十年的實踐以及它們在汽車集中制造的各種各樣的任務(wù)中的使用，一個對機器人應(yīng)用的系統(tǒng)而有序的方法已經(jīng)在這里產(chǎn)生和提出了。一些選擇“傳統(tǒng)的”機器人的方法也已被提出并且它們的潛在優(yōu)勢已被發(fā)掘了。維護和編寫程序的必要條件也已被考察并且機構(gòu)內(nèi)部的性能在這些領(lǐng)域的發(fā)展也被討論了。一個基于實際經(jīng)驗經(jīng)過慎重考慮的標(biāo)明了“要做什么”和“不要做什么”的列表來做為機器人應(yīng)用發(fā)展的檢查清單。應(yīng)用發(fā)展機器人應(yīng)用發(fā)展的第一步是去熟悉它們的潛在能力并且使設(shè)備的限制變?yōu)榭尚械摹＝裉斓臋C器人從簡單選擇并放置設(shè)備到多路線變化，計算機用從幾盎司到半噸或者更多噸的處理能力和在操作中在固定的方位上停止，點位控制或是連續(xù)軌跡運動控制機器。為了簡化這項任務(wù)，首先要決定你想讓機器人執(zhí)行什么操作然后集中精神的查看一下有能力執(zhí)行這些工作的機器。例如，如果你想把膠水、油漆或相似的材料涂到一個物體上（它通常包括一個噴霧器） ，你將2有可能需要一個連續(xù)軌跡控制的機器，這個機器能夠縮小相當(dāng)大的搜索范圍。從機器人制造商那里可以獲得很多詳細(xì)的信息，這些信息能夠作為數(shù)據(jù)的主要來源。為了使分析更簡單，開發(fā)一個模型，這樣可以直接的對如負(fù)載能力、削減的數(shù)量、工作面、存貯容量、控制系統(tǒng)、速度、價格，購買權(quán)等等這些方面進行比較，這樣能夠快速的在各種各樣的機器人中作出決定。這個模型在轉(zhuǎn)變成具體的實物應(yīng)用時將成為一個有價值的參考工具。同時也要記錄可以得到機器人的其他一些獨特的特征以供將來參考。做關(guān)于各種各樣機器人能力和缺陷等具體問題的筆記并且和制造商一起討論一下。實際上，你對可用設(shè)備越熟悉，確定是否任何機器都有做這項具體任務(wù)的能力就越簡單，其次可以縮小范圍進行充分的選擇。用所有的這些知識來武裝自己，你就有能力對潛在的應(yīng)用做一個最初的調(diào)查了。某種意義上講，尋找的這個任務(wù)應(yīng)該符合這些標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)負(fù)載，工作面和復(fù)雜性等方面，操作必須在機器人的能力范圍之內(nèi)；不可以要求用來判斷除了簡單關(guān)系外的操作，并且這些操作必須符合機器人的使用標(biāo)準(zhǔn)。首先這些標(biāo)準(zhǔn)不能超越機器人的能力，必須相當(dāng)確定的按照工作量和工作范圍。這個任務(wù)的復(fù)雜度將決定存貯容量和/或者所需的控制復(fù)雜度，同時還有必須的運動所減少的次數(shù)。按照判斷需求，除了它編程好的位置，機器人完全依賴于外部信息。一個部分的偏離或缺少就是一個比特的信息，這些信息通常是必要的并且提供這些信息是很容易被做到的。然而，決定這個部位是好是壞可能明顯的更困難并且如果這個決定是必要的，你就應(yīng)該考慮到另外一些任務(wù)的機器化。應(yīng)該有這樣一個想法，一個機器人是一個通過編程而移動和在空間不同位置停止的裝置，它以一個相當(dāng)高的精度和重復(fù)度來執(zhí)行這項工作；然而，如果要處理的物體或者工作不是以至少相似的精度連續(xù)定位的，那么機器人就不可以了。同樣的，如果機器人用工具處理故障，即使它不完成任何事情，機器人仍然會按其原本的軌跡運動。最后的標(biāo)準(zhǔn)正當(dāng)?shù)膽?yīng)該包括一些因素，例如：經(jīng)濟，健康狀況，安全性，工作強度或生產(chǎn)質(zhì)量，至少在最初的調(diào)查階段，你將需要一些指導(dǎo)或方法來引導(dǎo)你。3你的最初調(diào)查將產(chǎn)生一個潛在應(yīng)用的列表，這個列表將需要更多的詳細(xì)的調(diào)查來補充它。在進行這一步之前，和各種各樣的能完成這些工作的機器人的制造商洽談一下，就你現(xiàn)有的機器人模型的性能決定向那家制造商咨詢。要求他們的應(yīng)用工程師看一下你的清單上所列的工作并且對其中每個做一下評價。在這個過程中，他們也將了解一下你所忽略的潛在問題。極力建議你多找?guī)讉€生產(chǎn)商看一下你所列的工作，至少要兩個，而且如果可能的話越多的意見越好。如果只有大概三分之一的意見是積極的，那么至少要在你有更多經(jīng)驗的時候你才可以通過這項工作。在可視過程中另外一個求助源可能是有相似機器人應(yīng)用的其他人（如果你知道一些）或者其他機器人的主要用戶。通常制造商在這方面能給你一些指導(dǎo)。即使你已經(jīng)征求了他們的意見，但是謹(jǐn)慎的考慮一下制造商的意見和推薦還是很明智的。記住他們的工作就是賣機器人即使他們不可能故意誤導(dǎo)，但有時他們也有些趨于“積極” 。經(jīng)過初步的對機器人潛在應(yīng)用的廣泛調(diào)查，你在細(xì)節(jié)上完全準(zhǔn)備完畢。為了機器人的第一次安裝，在你的工作清單上選擇最簡單的工作。復(fù)雜的，不易懂的工作從工程立場上看更有挑戰(zhàn)性并且可能甚至在投資上得到更大的回報，但是最好避免試圖去征服這些堅硬的機器人直到你已建立了相當(dāng)程度的能力和合理的自信。一旦首次應(yīng)用被選定后，選好并了解工作。如果是一個手工操作（或?qū)⑹牵┐_保你對機器人所要做的每件事都要了解。記住，機器人在做決定的能力上是及其受限制的，確保機器人不要用感官如看或摸，這些都是它所沒有的或者它不能夠做出有價值的判斷。同時，保證你所見的每件事都是機器人必須做的。不要被那些機器人不能處理但人也不能做到的行為和過程所誤導(dǎo)。在這一點上，建議你考慮一些別的選擇，而不是要機器人做手邊上的工作。如果這項工作用專用自動化設(shè)備來做更簡單更廉價，并且這種自動化設(shè)備在短期內(nèi)不會被淘汰的話，那么機器人就不是最好的選擇了。換句話說，不要輕易的使用機器人因為它們還是新穎的獨特的。要注意的另外一件事是從某種意義上講，固定一個機器人的可能優(yōu)勢并不是腳著地的姿勢，許多機器人可以是倒立的，在工作位置上懸掛的或者是懸在4墻上的或者是相似的支撐。機器人的一個不同尋常的姿勢可能對解決另外的難題提供一個簡單的解決方法。但你必須選擇一個能操作你已為它設(shè)定好的不同姿勢的機器人，并且考慮把通常的拿著工具去工作的方式倒過來讓機器人帶著工作去設(shè)計工具。在分析工作中，應(yīng)盡力預(yù)先考慮和這項工作相關(guān)聯(lián)的所有有可能出錯的東西，這也是許多明顯比較簡單的運用失敗的地方。例如：如果這個操作是要求將零件轉(zhuǎn)移到傳輸機上。鉤子或簍筐會停在同一個地方嗎？當(dāng)傳輸機停止鉤子會穩(wěn)定嗎或是像鐘擺一樣搖擺呢？輸送進來的零件會經(jīng)常在同一個地方或是朝著同一個方向嗎？如果傳輸機在機器人準(zhǔn)備好之前拿了另一個零件，會有什么事發(fā)生呢？如果機器人錯過了一個鉤子，它將做什么呢，再試一次或是等待下一個鉤子？甚至它知道自己錯過了嗎？假設(shè)在下一次操作中來了一個空的鉤子，將會是什么結(jié)果呢？記住機器人執(zhí)行工作是有一系列的順序的并且很多都不能改變它們的工作方式。在查看操作上花點時間，大多數(shù)問題將會最終避免掉。在你看得時候站在機器人的角度上思考一下，想像它在執(zhí)行任務(wù)中將經(jīng)歷的動作。下一步要考慮的是為你的機器人做好一個輔助系統(tǒng)。雖然機器人已相當(dāng)?shù)目煽浚ㄩL時間的實踐平均可達 98%） ，但它們?nèi)匀挥袎牡臅r候。為了保證在機器人壞的時候不會造成生產(chǎn)的損失，輔助系統(tǒng)是必須被提供的。這個輔助系統(tǒng)能簡單的存儲若干的零件把它放到后來的操作中或者是一個手工的備份系統(tǒng)。在多機器人安裝時，用機器人自己來互相安裝將是有可能的，但這將可能不會提供 100%的生產(chǎn)效率。開發(fā)一個輔助系統(tǒng)所要考慮的另一點是：當(dāng)機器人壞了后，將不可能很快回到流水線上，它通常是一個復(fù)雜的裝置并且即使是一個經(jīng)驗豐富的人員進行故障查找也是相當(dāng)慢的?，F(xiàn)在，你將為你的特殊任務(wù)來選擇機器人做好準(zhǔn)備并且設(shè)計應(yīng)用。確保所選的機器人做這工作時的速度、存貯、編程能力、負(fù)載能力上能達到要求。如果可能的話提供一些額外的能力。不要忘記了機器人的負(fù)載也包括工具部分并且高速操作也能使設(shè)備上的慣性負(fù)載明顯增加?？紤]一下環(huán)境，內(nèi)部安全和防爆性可能被要求或者機器人被保護而不受灰塵、油漆噴涂、金屬微粒，過熱等的危害。5一旦選好機器人，為安裝做一個布局來決定它的位置、可能的干涉、設(shè)備所需的變動等，這時也要決定在機器人和其他設(shè)備之間需要什么結(jié)合面和設(shè)備供應(yīng)的打算像電力、壓縮的空氣、冷卻水等。為了保護那里的工作人員（記住機器人是看不見的）足夠的連鎖裝置和保護裝置是必須被提供的并且也要保護機器不受材料處理器和其他的可能傷害。末端執(zhí)行器作業(yè)也必須被提供。這里機器人制造商將能幫助你尤其在設(shè)計零件抓緊裝置的操作設(shè)備上。如果需要線性跟蹤，一個合適的反饋裝置的安裝和交互必須被提供。而且，當(dāng)機器人壞了的時候，要提供一個輔助系統(tǒng)為了保護生產(chǎn)、備用零件和用來維護的測試設(shè)備。假若你已有安裝的資格和已經(jīng)預(yù)訂了機器人，你應(yīng)該為安裝盡可能的多做些準(zhǔn)備工作。服務(wù)的落實，場地的準(zhǔn)備，連接界面，布局和末端執(zhí)行器作業(yè)都應(yīng)提前做好。在機器人來之前應(yīng)該先在制造商的設(shè)備上進行維護和編程的訓(xùn)練，但是不要太過提前而且一些最新的訓(xùn)練還是要現(xiàn)場被安排。當(dāng)機器人來時，安裝和內(nèi)部連接就可以完成了，維護訓(xùn)練能夠被執(zhí)行并且程序也將產(chǎn)生。一般，在安裝和啟動時，像安裝任何新的設(shè)備一樣你將會遇到一些啟動問題，這時機器人制造商將會提供幫助。程序?qū)⒈仨毐桓纳疲ぞ弑徽{(diào)整，時間和連鎖裝置被一致化等等。然而，如果你已經(jīng)做了工程應(yīng)用的整個工作，這些啟動時的問題將減少。一旦進行生產(chǎn)，要對操作進行一段時間相當(dāng)嚴(yán)密的監(jiān)控。保留停機時間的軌跡（做個記錄是很好的方法）以便你能夠辨認(rèn)要出現(xiàn)的問題，不只對機器人而且對周圍的設(shè)備。在某種意義上講，你應(yīng)該對預(yù)算和實際花費做一下比較，儲蓄和性能供將來參考。當(dāng)然，連續(xù)的對操作進行監(jiān)視將會有改善的方法。6南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯學(xué)院（ 系）： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計及其自動化 姓 名： 唐曉靜 學(xué) 號： 0101140104 外文出處： INDUSTRIAL ROBOTS 附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 (用外文寫)7指導(dǎo)教師評語：簽名： 年 月 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件 2：外文原文（復(fù)印件） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 34 頁驅(qū)動部分傳送機構(gòu) 控制部分 行程檢測裝置手部 傳感裝置被傳送物件1 緒論隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。1.1 機械手及其組成1.1.1 什么是機械手機械手是一種能模仿人手臂的某些動作功能，按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手是工廠企業(yè)高度自動化的標(biāo)志，它能完成許多高技術(shù)難度和繁重的體力勞動，尤其對于高溫、高壓、高濕度、污染等不適宜以人工工作的環(huán)境中，機械手起到了不可取代的作用。1.1.2 機械手的組成機械手的組成及其相互之間的關(guān)系如圖所示。機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。（一）執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。1、手部 即與物件接觸的部件。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 34 頁重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)整或改變工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。5、行走機構(gòu) 機械手為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機構(gòu)。滾輪式行走機構(gòu)可分為有軌的或是無軌的兩種。6、機座 它是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。7、其它部分 行程檢測裝置和傳感裝置等。行程檢測裝置是檢測和控制機械手各運動行程（位置）的裝置。傳感裝置其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的位置是否準(zhǔn)確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)。（二） 、運動機構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動） 、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有 2～3 個自由度。1.2 機械手的分類㈠、按機械手的使用范圍分類：⑴ 專用機械手 一般只有固定的程序，而無單獨的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機器或生產(chǎn)線，用以自動的傳送物件或操作某一工具。這種機械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。⑵ 通用機械手（也稱工業(yè)機器人）即指具有可變程序和單獨驅(qū)動的控制系統(tǒng)，又不從屬于某種機器，而能自動地完成傳送物件或操作某些工具的機械裝置。㈡、按機械手的驅(qū)動方式分類：⑴ 液壓驅(qū)動機械手 以壓力油進行驅(qū)動。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 34 頁⑵ 氣壓驅(qū)動機械手 以壓縮空氣進行驅(qū)動。⑶ 電力驅(qū)動機械手 直接用電機進行驅(qū)動。⑷ 機械驅(qū)動機械手 是將主機的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機構(gòu)等傳給機械手的一種驅(qū)動方式。㈢、按機械手臂力大小分類：⑴ 微型機械手 臂力小于 1 公斤。⑵ 小型機械手 臂力為 1～10 公斤。⑶ 中型機械手 臂力為 10～30 公斤。⑷ 大型機械手 臂力大于 30 公斤。㈣ 按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。1.3 應(yīng)用機械手的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械手也越來越多地被應(yīng)用。在機械工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實例。其它部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的主要目的：一、可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度。應(yīng)用機械手，有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作時有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏進行生產(chǎn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 34 頁綜上所述，有效地應(yīng)用機械手，使發(fā)展工業(yè)的必然趨勢。1.4 機械手的發(fā)展概況1.4.1 對機械手的一般要求：1、 降低機械手的成本 為了擴大機械手的使用范圍，必須降低機械手的成本。據(jù)統(tǒng)計，機械手電氣控制裝置所占成本的比重較大。2、 品種多樣化 為了適應(yīng)不同工作的需要，應(yīng)使的機械手的品種多樣化，用機械手代替更多的人的手工勞動，進而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。特別是那些工作比較單一、重復(fù)性很大而工作條件又較差和勞動量較大的工種，更應(yīng)注意設(shè)計和使用各種類型的機械手。3、 零件、部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化 為了加速擴大機械手的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)盡量縮短其設(shè)計和制造周期。這樣，就要求機械手的某種零件、部件(如手部、臂部等）系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。然后，即可根據(jù)具體工作的需要，將這些零件、部件（或再相應(yīng)地增加一些其它零件、部件）進行組合，組成需要的機械手。當(dāng)然，這樣的機械手還應(yīng)保證組合方便，一旦工作變更時，就能迅速而順利的重新組合。4、 產(chǎn)品性能應(yīng)準(zhǔn)確可靠 機械手的重要技術(shù)指標(biāo)之一，就是其性能應(yīng)穩(wěn)定可靠。為此，要求設(shè)計合理，元件穩(wěn)定，制造精確。1.4.2 機械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢機械手是機械、電子、計算機、液壓液力與氣壓傳動等多學(xué)科高新技術(shù)融合的成果，是當(dāng)代技術(shù)進步的典型范例。機械手通常用作機床或其它機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手。專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標(biāo)志的時代。由于通用機械手的應(yīng)用發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機械、液壓、氣壓傳動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。氣動技術(shù)作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復(fù)雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)已被接受。由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 34 頁合，以及周邊技術(shù)的成熟，在工業(yè)自動化領(lǐng)域里，氣動機械手、氣動機器人的實用性已經(jīng)充分體現(xiàn)出來。因為氣動伺服定位技術(shù)一出現(xiàn)，就受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，同時為氣動機器人、氣動機械手大規(guī)模進入工業(yè)自動化領(lǐng)域開辟了十分寬廣的前景。研制具有一定“感觸”和“智力”的智能機器人。這種機器人，具有各種傳感裝置，并配備有計算機。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計算機充當(dāng)起“大腦”，使它能“思考”、能“分析”、能“記憶”。用電視攝像機、測距儀、纖維光學(xué)傳感器、導(dǎo)光管或其它光敏元件作為“眼睛”，在其“視野”的范圍內(nèi)能“看”。用聽筒和聲敏元件等作“耳朵”能“聽”。用揚聲器等作“嘴”能“說話”進行“應(yīng)答”。用熱電偶和電阻應(yīng)變儀等作“觸覺”能“感觸”。用滾輪或雙足式的行走機構(gòu)作為“腳”來實現(xiàn)自動移位。這樣的智能機器人，可以由人用特殊的語言對其下達命令，布置任務(wù)。受令后的智能機器人，即可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的各種條件或信息，獨立地“分析”和“判斷”并自編或自變程序的進行工作；能夠自找（選擇）物件的方位，字調(diào)握力的大小，自找傳送路線以避開障礙物。因此，它將成為“無人化”系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)之一。2 機械手的設(shè)計2.1 機械手設(shè)計的總體方案由于本次設(shè)計的機器人需要通過氣缸來實現(xiàn)機械手臂的三個方向上的自由度如：手臂的上下的升降運動、手臂的前后伸縮運動、手臂的回轉(zhuǎn)運動以及用氣壓馬達來實現(xiàn)小車按軌道運動?？傮w設(shè)計方案如下面的框圖所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 34 頁機 械 手手 臂 小 車氣壓馬達減速裝置輪子空氣壓縮機控制調(diào)節(jié)裝置（各類閥類）控制系統(tǒng)壓力、運動方向、運動速度氣 泵設(shè)計示意圖如下所示 伸 縮 伸降回 轉(zhuǎn)氣 壓 驅(qū) 動 近 距 離 自 動 移 動 式 機 械 手 臂 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖1、 手 指 夾 緊 氣 缸 2、 手 臂 伸 縮 氣 缸 3手 臂 升 降 氣 缸 4、 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 5、 小 車夾 緊 張 開 機械手的執(zhí)行機構(gòu)由于采用積木式連接，結(jié)構(gòu)非常簡單、實用。2.2 機器人的規(guī)格參數(shù)該機械手屬于圓柱坐標(biāo)式。（一） 機器手的參數(shù)：1、主參數(shù) 機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，機械手最大抓重以 10 公斤上下升降氣缸前后伸縮氣缸左右回轉(zhuǎn)氣缸手指夾緊氣缸 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 34 頁左右的為最多。故該機械手主參數(shù)定為 10 公斤。2、基本參數(shù) 運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低則限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。該機械手最大移動速度設(shè)計為 1200 毫米/秒，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 1200/秒。平均移動速度為 1000 毫米/秒，平均回轉(zhuǎn)速度為 900/秒。機械手動作時有起動、停止過程的加、減速度存在，用速度—行程曲線來說明速度特性較為全面，因為平均速度與行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。則手臂前后伸縮平均速度為 1000 毫米/秒，手臂上下升降平均速度為 500 毫米/ 秒，手臂回轉(zhuǎn)平均速度為 900/秒。除了運動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設(shè)計成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而使剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為 600 毫米，最大工作半徑為 1500毫米，手臂安裝前后可調(diào) 200 毫米。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為 2400，又由于該機械手設(shè)計成手臂安裝方位可調(diào)，從而擴大了它的適用范圍。手臂升降行程定為 150 毫米。氣壓驅(qū)動工作壓力 P 為 4～6 公斤/厘米 2。機械手臂定位和緩沖采用機械擋塊和緩沖器定位；定位精度為±0.5~±1 毫米。2.3 氣動部件設(shè)計的簡要分析1、 氣缸 氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動工作部分作直線運動或往復(fù)擺動。氣缸是由缸體、活塞、活塞桿、密封件及緊固件等組成。氣缸的種類很多，主要有單作用氣缸、雙作用氣缸、組合氣缸，擺動氣缸。單作用氣缸又可分為柱塞式氣缸、活塞式氣缸、薄膜式氣缸；雙作用氣缸又可分為普通氣缸、雙活塞桿氣缸、不可調(diào)緩沖氣缸、可調(diào)緩沖氣缸、活塞帶導(dǎo)向桿氣缸、串聯(lián)式氣缸；組合氣缸又可分為氣液阻尼缸和步進式氣缸；擺動氣缸又可分為單葉片擺動氣缸和雙葉片擺動氣缸。本次機械手的設(shè)計中 ：① 手臂的升降機構(gòu)中采用了單作用氣缸中的柱塞式氣缸，壓縮空氣推動活塞 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 34 頁單方向向上運動，借助自重下降。結(jié)構(gòu)簡單又實用。② 手臂的前后伸縮機構(gòu)中采用了雙作用氣缸中的普通氣缸，壓縮空氣推動活塞雙向運動，應(yīng)用很廣泛。③ 手臂的回轉(zhuǎn)機構(gòu)中采用了擺動氣缸中的單葉片擺動氣缸，將壓縮空氣的能量變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動的機械能，擺動角度小于 3600。剛開始打算采用兩個直動氣缸帶動鏈條鏈輪或帶動齒條齒輪來獲得回轉(zhuǎn)運動，經(jīng)設(shè)計方案的比較得出采用回轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)要緊湊的多，所以還是采用了擺動氣缸。④ 手指夾緊氣缸中我采用了單作用氣缸中的活塞式氣缸，壓縮空氣推動活塞但方向運動，借助彈簧力反向運動。結(jié)構(gòu)簡單，壓縮空氣用量較柱塞式少。2、 空氣控制閥 空氣控制閥是氣動控制元件，它的作用是控制和調(diào)節(jié)氣路系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力、流量和方向，從而保證氣動執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定的程序正常地進行工作?？諝饪刂崎y按其作用可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類。? 壓力控制閥根據(jù)它的作用不同又可分為：調(diào)壓法、安全閥和順序閥。? 流量控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以及改變執(zhí)行機構(gòu)的工作速度。它主要有截流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥。? 方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機構(gòu)的動作發(fā)生變化的氣動元件。方向控制閥按閥內(nèi)氣流的方向分：單向型方向控制閥，它只允許氣流沿一個方向流動。如單向閥、快速排氣閥等；換向型方向閥，它可以改變氣流流動的方向。按控制方式分：電磁、氣壓、機械和人力等控制方法實現(xiàn)。按動作方式可分為：直動式和先導(dǎo)式。按聯(lián)結(jié)方式分：管式連接、板式連接和法蘭連接式連接。本次機械手的設(shè)計中：經(jīng)過考慮和分析后，在不光滿足各氣路要求的條件下又考慮到控制閥的統(tǒng)一性和方便性，我統(tǒng)一選擇了型號為 Q24D2H-15-S1的電磁方向控制閥。各氣缸凡能采用排氣節(jié)流方式的，都通過電磁閥的排氣口節(jié)流阻尼螺釘（錐面式）調(diào)速。手臂前后伸縮氣缸的氣路上，在最接近氣缸處，裝有兩個快速排氣閥，以加快啟動速度和調(diào)節(jié)全行程上的速度，同時通過調(diào)節(jié)閥又可使其加速度限制在允許的范圍內(nèi)，以減少制動時的慣性沖擊，提高定位精度。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 34 頁手臂的上下升降則采用進氣節(jié)流方式，用一個單向節(jié)流閥調(diào)整手臂的上升速度。下降（靠自重下降）速度仍有電磁閥排氣口節(jié)流調(diào)整。3、氣動基本回路 氣動回路和液壓回路相比，有幾方面的不同；一臺氣動機械手的氣動系統(tǒng)有時比較復(fù)雜，但經(jīng)過剖析卻不外乎一些基本回路所組成。掌握了氣動基本回路以后，對分析和設(shè)計氣動機械手的氣動系統(tǒng)都有較大的幫助。第一， 空氣壓縮機輸出的壓縮空氣首先儲存于儲氣罐中，然后供給各個回路使用。畫氣動回路圖示空氣壓縮機常省略不畫，但設(shè)計氣動?xùn)|回路時，不要忘記考慮氣源的能力。第二， 氣動回路使用過的空氣是經(jīng)排氣口排入大氣的，因而不設(shè)回氣管道來回收空氣。第三， 由于空氣的粘性很小，在管路中的壓力損失較小。因此，在盡量縮短氣動管路的情況下管路仍然很長，并不妨礙使用。由于氣動執(zhí)行機構(gòu)中，以氣缸應(yīng)用最廣泛，故下面所論及的基本回路均以氣缸為其執(zhí)行機構(gòu)。設(shè)計機械手的氣動系統(tǒng)時，最簡便的方法是把選定的完成不同任務(wù)的基本回路組合起來。氣動基本回路的種類：氣動基本回路的種類很多，為了便于設(shè)計機械手的氣動回路，僅將氣動基本回路按方向控制回路和速度控制回路兩方面加以敘述。① 方向控制回路（一）單作用氣缸中間停止回路（圖 2-1）這種回路可使活塞停在氣缸中間的任意位置。當(dāng)三位三通電磁閥的滑閥處在中間位置時，氣缸的通路封閉，活塞停止運動。滑閥處在位置 I 時，活塞下腔進氣，推動活塞桿伸出?；y處在位置 II 時，活塞下腔排氣，彈簧力推動活塞下行。（二）雙作用氣缸換向回路（圖 2-2）采用二位五通單電控滑閥控制活塞雙向運動。圖示位置，活塞右腔進氣，左腔排氣，活塞向左運動?；y切換后，活塞左腔進氣，右腔排氣，實現(xiàn)了氣缸活塞的換向。這種回路時雙作用氣缸的最基本的換向回路。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 34 頁（三）雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路圖 2-3 所示為單活塞桿氣缸的這種回路。它采用中封式三位五通雙電控滑閥，當(dāng)滑閥處在中間位置時，各口互不相通，活塞可停留在氣缸的任意位置。這種回路不允許有漏損，這樣才能保證氣缸可靠地工作。在氣缸終端需要保持活塞固定的停止位置時，也使用這種回路。圖 2-4 所示為雙活塞桿氣缸的這種回路。它采用中封式三位五通雙電控滑閥，當(dāng)滑閥處在中間位置時，壓縮空氣同時與活塞左、右兩腔相通。因兩腔活塞的有效受壓面積相等，從而保證了活塞兩腔同時受壓時，活塞能停留在任意位置。但當(dāng)外界加在活塞桿上的軸向力不平衡時，則活塞停止的位置不穩(wěn)定。為了克服這個缺點，可增設(shè)調(diào)壓閥進行壓力調(diào)解，控制活塞兩側(cè)壓力平衡，如圖 2-5 所示。這種回路可允許有少量漏損，比采用中封式閥較可靠。（四）延時控制回路圖 2-6 所示的延時控制回路，為控制信號 A 使二位四通單氣控滑閥 1 切換時，壓縮空氣經(jīng)閥 1、單向節(jié)流閥 3 向氣容 4 充氣，經(jīng)過一定的時間，氣容壓力達到一定數(shù)值，控制二位三通氣控閥 2 切換。壓縮空氣經(jīng)閥 2 的 B 口輸往執(zhí)行機構(gòu)。信號 A取消后，閥 1 又彈簧復(fù)位，壓縮空氣控制閥 2 也復(fù)位而關(guān)閉，B 口無輸出。氣容 4中的空氣經(jīng)閥 3 的單向閥、閥 1 而排空。延時控制回路用于不允許使用時間繼電器的場合，如易燃、易爆和大粉塵的場合。2—2 雙作用氣缸換向回路2—1 單作用氣缸中間停止回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 34 頁 142② 速度控制回路（一）單作用氣缸的速度控制回路（圖 2-7）它由二位三通單電控滑閥 1 和兩個單向節(jié)流閥 2 和 3 所組成。閥 1 使氣缸換向，閥 2 的節(jié)流閥控制氣缸活塞桿的伸出速度。閥 3 的節(jié)流閥控制活塞桿的退回速度。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以改變活塞雙向的運動速度。2—4 雙活塞桿氣缸任意位置停止回路2—3 單活塞桿氣缸任意位置停止回路2—5 帶調(diào)壓閥的雙活塞桿氣缸任意位置停止回路2—6 延時控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 34 頁 231（二）雙作用氣缸單向速度控制回路（圖 2-8）該回路是在氣缸的一個氣路上裝設(shè)單向節(jié)流閥 1。圖示位置為壓縮空氣經(jīng)二位五通單電控滑閥 2 和閥 1 的單向閥進入氣缸活塞的右腔，推動活塞左移。當(dāng)閥2 切換后，活塞右腔的排氣速度受閥 1 可調(diào)節(jié)流閥的限制，從而控制了活塞桿的伸出速度。由于背壓的存在，也增加了氣缸工作行程的穩(wěn)定性。除此之外?；钊祷匦谐痰募被剡\動，也可用來提高機器的生產(chǎn)率。（三）雙作用氣缸雙向速度控制回路圖 2-9 所示是將兩個單向節(jié)流閥裝在氣缸的兩條氣路上，分別控制活塞兩個方向運動時的排氣速度。調(diào)節(jié)節(jié)流閥，即可得到活塞不同的運動速度。2—7 單作用氣缸的速度控制回路2—8 雙作用氣缸單向速度控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 34 頁圖 2-10 所示是帶有排氣節(jié)流閥的速度控制回路。它是將節(jié)流閥安裝在二位五通單電控滑閥的排氣口上。調(diào)節(jié)節(jié)流閥，即可控制氣缸的排氣速度，從而使活塞得到不同的運動速度。這種回路的特點是結(jié)構(gòu)較簡單。圖 2-11 所示使活塞可得到快速運動的速度控制回路。它是在單向節(jié)流閥 1 和 2的后面氣路上并聯(lián)了二位二通閥 3 和 4。這樣，不僅可以由閥 1 和閥 2 來調(diào)節(jié)（排氣節(jié)流）活塞兩個方向的運動速度，而且當(dāng)閥 3 打開時，則活塞可快速左行。二位五2—9 雙作用氣缸雙向速度控制回路2—10 帶有排氣節(jié)流閥的速度控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 34 頁通單電控滑閥 5 切換后，若閥 4 打開，則活塞可快速右行。因此，可根據(jù)需要得到活塞雙向的快速運動。（四）雙作用氣缸速回運動控制回路該回路當(dāng)活塞桿右行時，壓縮空氣經(jīng)由二位五通單電控滑閥 3 和快速排氣閥2 進入氣缸活塞的左腔，推動活塞右行。此時，氣缸右腔的空氣經(jīng)單向節(jié)流閥 1節(jié)流控制后排空。閥 3 切換（圖示位置）后，壓縮空氣經(jīng)閥 1 的單向閥進入氣缸的右腔。此時，氣缸左腔的空氣從閥 2 快速排入大氣，獲得急回運動。這種回路要求氣缸附加緩沖裝置。2—11 活塞做快速運動的速度控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 34 頁31（一）雙缸同步動作的速度控制回路該回路時采用一個二位四通單電控滑閥來控制兩個氣缸，并在每個氣缸的氣路中裝設(shè)單向節(jié)流閥，以調(diào)整和控制活塞的速度，使之達到同步運動的目的。如用雙缸或多缸操縱一個重型框架起落時，同步舉升或降落極為重要，否則框架被扭斜將產(chǎn)生很大的附加阻力，甚至不能運動。這種回路應(yīng)以阻力最大的那個氣缸為準(zhǔn)，調(diào)整其它缸的運動速度以達到同步的目的。（二）氣液操作缸同步回路圖 2-14 所示的同步回路是由于連接兩個氣液操作缸被封入油液，所以兩活塞的運動速度可完全同步。設(shè)計時，應(yīng)考慮到缸 5 有桿腔和缸 4 無桿腔有效面積的關(guān)系，當(dāng)有效面積相等時，兩缸獲同步運動。也可以設(shè)計成兩缸按一定比例的速度運動。2—12 雙作用氣缸速回運動控制回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 34 頁 氣 油油氣（三）緩沖回路對可調(diào)行程位置的氣缸（如某些機械手的氣缸）緩沖問題，可采用緩沖回路來解決。圖 2-15 所示的緩沖回路，是在氣缸的兩條氣路上并聯(lián)兩個二位二通閥 1 和 2。2—13 雙缸同步動作的速度控制回路2—14 氣液操作缸同步回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 34 頁在閥 1 和閥 2 的排氣口裝設(shè)節(jié)流螺釘。并在回路中的二位五通雙電控滑閥 3 的兩個排氣口上也裝設(shè)節(jié)流螺釘。調(diào)節(jié)閥 1 和閥 2 的排氣節(jié)流螺釘，以控制活塞快速行程時的速度。調(diào)節(jié)閥 3 的排氣節(jié)流螺釘，以控制活塞的減速。從而達到減速緩沖的目的。 31圖 2-16 所示的緩沖回路，是在單向節(jié)流閥 3 和 4 的氣路上并聯(lián)二位二通閥1 和閥 2。并在二位五通雙電控滑閥 5 的排氣口上裝設(shè)節(jié)流螺釘?；钊焖傩谐虝r，閥 1（或閥 2）切換，排氣腔的空氣經(jīng)閥 1（或閥 2）和閥 5 排出，調(diào)節(jié)閥 5的節(jié)流螺釘，可控制快速行程時的速度。減速運動時，閥 1（或閥 2）復(fù)位關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥 3 和閥 4 的節(jié)流閥以控制減速運動，達到減速緩沖的目的。圖 2-17 所示為操作氣缸采用油液阻尼的緩沖回路。操作缸 1 兩條氣路上的快速排氣閥 2 和 3 為快速行程時排氣所用。缸 1 活塞右行時，快速運動到固結(jié)在缸 1 活塞桿上的撞塊與擋塊 II 碰撞后，帶動油缸 5 活塞桿開始減速右行直到停止，在此減速過程中，缸 5 活塞右腔油液經(jīng)單向節(jié)流閥 6 節(jié)流阻尼后，經(jīng)單向節(jié)流閥 7 的單向閥進入缸 5 的左腔。缸 1 活塞左行時，撞塊碰撞擋塊 I 后，油缸 5活塞桿開始減速左行，直到停止。補油裝置 8 用作向缸 5 補油。2—15 裝設(shè)節(jié)流螺釘?shù)木彌_回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 34 頁 41534235687撞 塊 停慢 速 右行快 速 右 行擋 塊擋 塊 1在本次設(shè)計機械手中我主要用到了其中的氣動基本回路為雙作用氣缸換向回路、單作用氣缸的進氣調(diào)速回路、雙作用氣缸單向速度控制回路、帶有排氣截流閥的速度控制回路。3 機械手的計算2—16 裝設(shè)單向節(jié)流閥的緩沖 回路2—17 采用油液阻尼的緩沖回路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 34 頁3.1 設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的問題手臂的結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)機械手的抓取重量、自由度數(shù)、運動速度、工作范圍、定位精度以及機械手的整體布局等因素決定的。手臂結(jié)構(gòu)是否設(shè)計的合理，對機械手的工作性能有著很大的影響，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)是，除了考慮上述諸因素外，還應(yīng)注意以下幾點：Ⅰ、應(yīng)使手臂剛度大、重量輕由于機械手的手臂一般懸伸長度比較長，若手臂的剛度不夠時，會發(fā)生手臂彎曲變形過大，就會引起手臂的定位不準(zhǔn)，而且也直接影響活塞桿（即手臂）運動的靈活性。另外，手臂在起動或制動過程中受到慣性力或慣性力矩的作用，手臂將發(fā)生顫動，由于手臂的顫動，也會影響手臂的定位精度，除了采用可靠的定位裝置外，應(yīng)對手臂結(jié)構(gòu)有一定的剛度要求，才能保證手臂的準(zhǔn)確的工作和一定的定位精度。Ⅱ、應(yīng)使手臂運動速度快、慣性小為了減小慣性沖擊，一般采取的措施有：⑴ 手臂架選用鋁合金等輕質(zhì)材料來制造，以減輕手臂運動件的質(zhì)量。⑵ 盡量縮短手臂懸伸部分的長度，使手臂未伸出時的總重量的重心偏于伸縮方向的反側(cè)，以減小回轉(zhuǎn)半徑。⑶ 減小手臂運動件的輪廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊。⑷ 在驅(qū)動系統(tǒng)中增設(shè)緩沖裝置，使運動件減速緩沖。Ⅲ、手臂動作應(yīng)靈活為使手臂運行輕快、靈活，除手臂本身結(jié)構(gòu)緊湊輕巧外，應(yīng)減少手臂運動件之間的摩擦阻力，用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸伸式的機械手，手臂上零部件（如傳動件、導(dǎo)向件、定位件等）的布置應(yīng)合理，使手臂運動過程中盡量保持平衡，以減少對升降支承軸線的偏重力矩，使手臂運動靈活，防止發(fā)生“卡死” （即自鎖）現(xiàn)象。Ⅳ、應(yīng)使手臂傳動準(zhǔn)確、導(dǎo)向性好為了能準(zhǔn)確的傳遞工件和保證傳動的平穩(wěn)，應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向支承裝置，以保證手指的正確方向，并增強手臂的剛性。另外裝在手臂上的零部件要求便于裝拆和調(diào)整。Ⅴ、輸氣管道的布置應(yīng)合理機械手上的各工作氣缸彼此在空間作相對的直線運動或回轉(zhuǎn)運動，要求結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊、動作靈活，因此對各個工作氣缸的輸氣管道布置應(yīng)給予足夠的重視， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 34 頁尤其是接近工作對象的手腕和手指夾緊缸，在外部用很多的軟管向氣缸輸入壓縮空氣，雖然軟管安裝維修較方便，但是他會影響機械手的運動，并易損傷，而且手臂外形不整齊。Ⅵ、其他要求對于在粉塵場合工作的機械手，應(yīng)設(shè)有防塵裝置等。3.1.1 手臂的計算氣缸的計算：氣缸的設(shè)計應(yīng)根據(jù)作用在活塞桿上的外力（推力或拉力）的大小、活塞的行程和運動速度以及安裝形式等方面提出的要求來進行。氣缸的容積要選擇的適宜，過大的容積不僅及使缸體的尺寸重量增加，同時使壓縮空氣的需要量增加，造成了浪費和增加了成本?；钊男谐淌菦Q定氣缸長度的主要參數(shù)，形成過長隊壓桿的穩(wěn)定性當(dāng)然不好，對缸筒的加工業(yè)會帶來困難。另一方面活塞的運動速度決定與氣缸進氣管道內(nèi)徑的大小，活塞的運動速度越高，則要求進氣管道的直徑越大。目前氣缸的運動速度由于各方面條件的限制，一般速度的最大值不超過 1.2 米/秒。氣缸的選擇參考下表：氣缸的有關(guān)尺寸參數(shù)： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 34 頁2、氣缸壁厚的計算：氣缸的內(nèi)景 D 確定后，有強度條件計算所需的最小的氣缸壁厚?， ，再根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)來確定適當(dāng)?shù)臄?shù)值。依據(jù)材料力學(xué)的薄壁筒公式，氣缸的壁厚?可在下表查出：氣 缸 內(nèi) 徑 D (毫米)50 75 100 120 150 200 250 300材 料氣 缸 壁 厚 ?（毫米）鑄鐵 HT15-33 7 8 10 10 12 12 16 16鋼 A3,鋼 A5 5 5 6 6 8 8 10 10鋁合金 ZL3 8?10 8?10 10?12 10?12 12?14 12?14 14?17 14?17升降氣缸的壁厚?：缸徑?125 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則? 為 6 毫米。前后伸縮氣缸的壁厚?：缸徑為? 100 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則? 為 6 毫米。手指夾緊氣缸的壁厚?: 缸徑 ?50 毫米，氣缸材料選鋼 A3，則 ?為 5 毫米。工作壓力（共斤/厘米 2）2 3 4 5 6 2 3 4 5 6氣缸直徑(mm)活塞桿直徑供氣孔直徑（英制管螺紋）氣缸端蓋螺栓d*個數(shù) 活塞推力（公斤）不計效率 活塞推力（公斤）不計效率50 16 G1/4” M6*4 39 59 78 98 118 35 53 70 88 10375 20 G1/4” M8*4 88 133 177 211 265 82 123 164 205 247100 25 G1/4”-3/8” M10*4 157 235 314 392 471 147 221 294 368 442125 30 G1/4”-3/8” M10*4 245 368 491 613 736 231 347 462 578 694150 30 G3/8”-1/2” M10*6 353 530 707 883 1060 339 509 678 848 1018200 40 G3/8”-1/2” M12*6 628 943 1257 1571 1885 603 905 1206 1508 1810250 50 G1/2”-3/4” M16*6 982 1473 1964 2454 2945 943 1414118851885 2356 2828300 55 G1/2”-3/4” M16*6 1414 2121 2828 3534 4241 1366 2049 2732 3415 4099 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 34 頁?、升降氣缸的參數(shù)及計算：升降氣缸由氣動上升，靠自重下降，行程 150 毫米，缸徑?125 毫米，活塞桿直徑為 30 毫米，升降速度為 500 毫米/秒，若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和汽缸效率?=0.8計算。則其上升時的驅(qū)動推力 P 推 為P 推 = 公 斤4912????pD則輸入空氣流量 Q=(Q 1+Q2)n 米 3/分式中 n—活塞每分鐘往復(fù)行程的次數(shù)，次/分；Q1—無桿腔的壓縮空氣耗氣量， 米 3。Q 1= [式中 S—氣缸的行程，厘6204D??米； D—活塞直徑，厘米]；Q2—有桿腔的壓縮空氣耗氣量， 米 3。Q 2= [式中氣 d—活塞桿直??62104d???徑，厘米]；由于升降氣缸靠自重下降，所以Q= =0.07(米 3/分)62104SD??Ⅱ、前后伸縮氣缸的參數(shù)及計算：前后伸縮氣缸的行程為 600 毫米，缸徑為?100 毫米，活塞桿直徑為 25 毫米，若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和氣缸效率?=0.8 計算。則其上升時的驅(qū)動推力 P 推 為P 推 = 公 斤5142???pDP 拉 = =235 公斤????d2則輸入空氣流量 Q 為Q=（ + ）n62104SD????62Sd? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 34 頁= 0.65(米 3/分)Ⅲ、 回轉(zhuǎn)氣缸的參數(shù)及計算：經(jīng)過設(shè)計方案的比較得出的結(jié)論是：采用回轉(zhuǎn)氣缸比用兩個直動氣缸帶動齒條齒輪所獲得回轉(zhuǎn)運動的結(jié)果要緊湊?；剞D(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計為 B=120 毫米，缸徑2R=180 毫米，軸徑 2r=50 毫米，若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和氣缸效率?=0.9 計算?；剞D(zhuǎn)氣缸的扭矩是由動片受壓面積及其中心到回轉(zhuǎn)軸線的半徑?jīng)Q定的。當(dāng)計及氣缸效率后輸出的扭矩 M 的計算公式為M=Bp?(R2-r2)/2=12?4?0.9?（9 2-2.52）/2=1620 公斤.厘米=16.2 公斤.米則輸入空氣流量為：Q 3=3b(D2-d2)ω/400=3? 12? (18 2-52)?0.5/400=13.455 升/分=0.0135 米 3/分Ⅳ、手指夾緊氣缸的參數(shù)及計算：手指夾緊氣缸的設(shè)計參數(shù)為：缸徑 ?50 毫米，活塞直徑為 16 毫米，v=2.5 厘米/秒，工件重量 G=10 公斤， “v”形手指的角度 2θ=120 0，b=50mm,h=36mm, =300,?摩擦系數(shù) f=0.1。若按氣壓 p=4 公斤/厘米 2和氣缸效率?=0.8 計算，其手張開時的驅(qū)動力為：根據(jù)銷軸的力平衡條件，即∑F x=0,P1=P2；∑F y=0P=2P1cos ， P 1=P/（2cos ）??銷軸對于手指的作用力為 P1’,且 P1’=-P1。夾緊力為 N。由手指的力矩平衡條件，即∑m 01(F)=0 得：P 1’h=Nb夾緊氣缸的驅(qū)動力: P=(2b/h)×N 2α2αα 1αα 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 34 頁又因握力: N=0.5Gtg(θ-ψ); ψ=tg -1f=0.510tg(600-5042’)≈7kg所以 P=(2b/h)×N=(2×50/36)×7=19.4kgP 實際 ≥ ?21K?式中 η-手部的機械效率，取 0.85；K1-安全系數(shù)，取 1.5；K2-工作情況系數(shù)，可近似按下式估計，K 2=1+a/g,其中 a 為被抓取工件運動時的最大加速度，g 為重力加速度（g=9.8m/s 2） 。P 實際 = ≈62kg ?1K?則輸入空氣流量為：Q4=(?D2v)/4=(3.14×52×2.5)/4=0.050 米 3/分則總的空氣流量為：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=0.7835 米 3/分3.1.2 空氣壓縮機的選擇空氣壓縮機是將動力供給的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。空氣壓縮機的種類有很多如：風(fēng)冷微型空氣壓縮機、移動式風(fēng)冷 V 型空氣壓縮機、固定式水冷 L 型空氣壓縮機，活塞式無油潤滑空氣壓縮機。根據(jù)上面的計算出的總的空氣流量選擇空氣壓縮機，具體參數(shù)見下表： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 34 頁最后決定選擇：雙級壓縮型的，型號為 3W-0.8/10，就能滿足要求。3.2 小車的設(shè)計及計算在本設(shè)計中，小車作為機械手的行走裝置，它是采用氣壓馬達提供動力并帶動輪子沿軌道運動，由于氣馬達輸出的轉(zhuǎn)速比小車運動快，所以需要配一個減速裝置， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 34 頁減速裝置可用一個減速箱加上鏈傳動。由于機械手運動時可能翻轉(zhuǎn)，所以設(shè)計時配重塊要和手臂一起做回轉(zhuǎn)運動。小車的尺寸設(shè)計為：長為 800 毫米，寬為 500 毫米，高為 300 毫米，材料為鋁合金（鋁合金密度為 2.7 噸/立方米）。3.2.1 氣壓馬達的選擇小車的速度為：V=3 厘米 /秒氣壓馬達的選用：選用的氣壓馬達的功率能克服摩擦力產(chǎn)生的功率就可以。摩擦力產(chǎn)生的最大功率為： =0.9 馬力wvFPf60?經(jīng)考慮我選擇了 HS-50A 型號的活塞式氣馬達，額定功率為 3 馬力，工作氣壓為 p=5-7 公斤/厘米 2，額定轉(zhuǎn)速為 1050r/min，額定空氣消耗量為 3 米 3/分。參考書：《機械設(shè)計手冊》P816 表 12-91 73.12073 4438.2V33.2.2 軸的計算與校核（1）軸直徑的計算小車輪子的轉(zhuǎn)速 n=30r/min,則軸的轉(zhuǎn)速 n1=n=30r/min,氣壓馬達的功率 P0=5KW,則P1= P0?η 0=5?0.9=4.5 KwT1=9550? P1/ n1=9550?4.5/30=1432.5N.md1≥ A31P1——軸所傳遞的功率，KW；η 0——傳動效率；T1——軸所傳遞的扭矩，N.M；d1——軸的截面直徑，mm；軸的材料選用 45 號鋼，查表得 A=110 代入式中得d1≥58.44mm 則取 d1=60mm計算公式參考：《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 P454（2）軸的強度校核由于傳動軸主要是受轉(zhuǎn)矩，所以軸的強度條件為： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 34 頁τ= T 1/WT≈[9.55?10 6?（P 1/ n1 ）]/0.2 =34.8MPa≤[τ],3d[τ]=40 MPaτ——周的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；WT——軸的抗扭截面模量，mm 3，查表得對于實心圓軸，W T=? /16≈0.2 ;3dd[τ]——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；所以經(jīng)校核軸滿足強度要求。計算公式參考：《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 P4543.2.3 軸承的選擇由上步計算得軸的最小直徑為 60mm，則查表得軸承的型號為 6000。其參數(shù)為：軸承內(nèi)徑：d=60mm外徑：D=95mm軸承寬：B=11mm參考書：《現(xiàn)代綜合機械設(shè)計手冊》 P1249 表 4.10-183.2.4 聯(lián)軸器的選擇馬達和減速箱之間用聯(lián)軸器相連。聯(lián)軸器的名義扭矩T=9550 =1432.5N.mnP聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩TKAca?查表得 K A=1.3， 則=1.3?1432.5=1862.25 N.mAca參考書：《現(xiàn)代綜合機械設(shè)計手冊》P1092 表 4.7-5 選用 GB5843-86 3.2.5 減速裝置由于氣壓馬達輸出的轉(zhuǎn)速比小車運動要求的速度要大，所以還需要一個減速裝置。有減速機的傳動比選擇 RV 系列蝸桿減速器——NMRV063。4 機械手臂的工作原理 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 34 頁4.1 氣動原理圖 手 臂 升 降 氣 缸 手 臂 伸 縮 氣 缸 手 臂 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 手 指 夾 緊 氣 缸開 關(guān) 快 換 街 頭 儲 氣 罐 分 水 過 濾 器 調(diào) 壓 閥 壓 力 表油 霧 器-201壓 力 繼 電 器-11234 7856單向節(jié)流閥調(diào) 節(jié) 閥單向節(jié)流閥調(diào) 節(jié) 閥4-51可調(diào)節(jié)流閥空 氣 壓 縮 機 -201-201單向節(jié)流閥 單向節(jié)流閥4.2 電磁鐵動作程序表 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 共 34 頁序 號123479102電 磁 鐵動 作 12345678手 臂 上 升手 臂 前 伸手 指 張 開手 指 閉 合手 臂 縮 回手 臂 回 轉(zhuǎn)手 臂 前 伸手 指 張 開手 指 閉 合手 臂 縮 回134手 臂 反 轉(zhuǎn)手 臂 下 降5結(jié)合機械手氣壓系統(tǒng)圖說明其動作循環(huán)過程。壓力繼電器發(fā)出電信號，使機械手開始按程序動作。首先，電磁鐵 1DT 通電，壓縮空氣從電磁閥的左邊通道經(jīng)單向節(jié)流閥進入手臂升降油缸的上腔，推動手臂上升。在手臂上升到一定位置，碰行程開關(guān)，使 1DT 斷電，并發(fā)出信號使 3DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道經(jīng)快速排氣閥進入手臂前后伸縮氣缸的左側(cè)，推動手臂前伸。在手臂前伸到一定位置，裝在手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)發(fā)出電信號，使 7DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道進入手指夾緊氣缸的左側(cè)，使手指張開。在延時結(jié)束后，7DT 斷電，使 8DT 通電，手指夾緊工件；并同時發(fā)出信號使 4DT 通電， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 共 34 頁壓縮空氣由電磁閥的右邊通道經(jīng)快速排氣閥進入手臂前后伸縮氣缸的右側(cè)，使手臂縮回。當(dāng)手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)使 4DT 斷電并發(fā)出電信號，使 5DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道進入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的一腔使手臂回轉(zhuǎn) 950。當(dāng)手臂的回轉(zhuǎn)碰鐵碰到行程開關(guān)使 5DT 斷電，并發(fā)出電信號使 3DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道經(jīng)快速排氣閥進入手臂前后伸縮氣缸的左側(cè)，推動手臂前伸。在手臂前伸到一定位置，裝在手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)發(fā)出電信號，使 7DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的左邊通道進入手指夾緊氣缸的左側(cè)，使手指張開，延時到 7DT 斷電，使 8DT通電，手指閉合，并發(fā)出電信號使 4DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的右邊通道經(jīng)快速排氣閥進入手臂前后伸縮氣缸的右側(cè)，使手臂縮回。當(dāng)手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)使 4DT 斷電并發(fā)出電信號，使 2DT 通電進行排氣，手臂則靠自重下降。在手臂下降到一定位置，裝在手臂上的碰鐵碰到行程開關(guān)發(fā)出電信號，使 6DT 通電，壓縮空氣由電磁閥的右邊通道進入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的另一腔使手臂反轉(zhuǎn) 950。機械手復(fù)位，機械手的循環(huán)結(jié)束。4.3 機械手的緩沖和定位1、手臂升降運動 上升緩沖定位是靠可調(diào)碰鐵觸動行程開關(guān)而發(fā)出信號，切斷氣路來實現(xiàn)的。下降運動是采用油缸端部可調(diào)節(jié)流緩沖，活塞與油缸端蓋相碰而定位。2、手臂伸縮運動 手臂伸出有行程開關(guān)適時斷電而切斷油路，手臂滑行靠慣性緩沖，有死擋塊定位；手臂縮回沒有定位精度要求，又終點行程開關(guān)適時斷電，由活塞和油缸端蓋相碰而定位。3、手臂水平回轉(zhuǎn) 在回轉(zhuǎn)油缸的兩腔安裝單向調(diào)速閥，控制手臂的回轉(zhuǎn)速度。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁 共 34 頁結(jié) 論本次近距離自動移動式機械手臂——氣壓驅(qū)動的畢業(yè)在此告于段落。它靠氣泵驅(qū)動小車至指定地點，完成工件的搬運。由于本次設(shè)計的是氣動機械手，但平時看到和接觸的大都是液壓的和電氣驅(qū)動的機械手，雖然氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動總體來說是大同小異的，但有些參數(shù)和計算還是不同的，所以還是遇到了些困難。在手臂的設(shè)計中由于沒有親眼看到過真正的機械手臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以有些地方不可能考慮得很周全。但總的來說至少自己努力了，也察看了很多關(guān)于這方面的資料，詢問了老師終于基本上完成了本次設(shè)計，心里還是很高興的。剛開始做設(shè)計的時候有些無從下手，一時掌握不到要領(lǐng)，經(jīng)過一段時間的摸索終于有了些頭緒，但自己考慮得很簡單，經(jīng)過幾次與老師的討論后才發(fā)現(xiàn)還有很多沒考慮的地方和不足之處，感覺要搞一個設(shè)計還真不是件容易的事。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁 共 34 頁致 謝這次設(shè)計能夠順利完成首先要感謝呂夏老師的不斷指導(dǎo)，由于自己對氣壓傳動這方面也不太熟悉，剛開始都不知何處下手，呂老師給了我們很多啟發(fā)。在做的過程中又遇到了許多困難，但老師總是不厭其煩的講給我們聽，給我們一步一步的分析，使我們了解到了一些考慮欠缺的地方，能夠不斷完善。呂老師還定期給我們察看，使我們可以順利跨入下個階段。在這里再次感謝呂老師的幫助！ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁 共 34 頁參 考 文 獻1 曹承志.電機、拖動與控制學(xué).第 3 版. 北京：機械工業(yè)出版社.20002 王庭樹.機器人運動學(xué)及動力學(xué).第 2 版. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1990.123 孟繁華.機器人應(yīng)用技術(shù).第 1 版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.64 馬香峰.機器人機構(gòu)學(xué).第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社.1991.95 趙錫芳.機器人動力學(xué).第 1 版.上海：上海交通大學(xué)出版社，1992.126 高松海.遙控機器人.第 1 版.北京：原子能出版社，19817 孫耀明.微型機算計在機器人技術(shù)中的作用.第 1 版.北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，19878 路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊.第 2 版.北京：機械工業(yè)出版社.20029 陳奎生.液壓傳動與氣壓傳動.第 1 版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.810 何存興.張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動.第 3 版.武漢：華中理工大學(xué)出版社，199811 宋學(xué)義.袖珍液壓氣動手冊.第 1 版.重慶：重慶大學(xué)出版社，199712 機械工業(yè)部.中小型電機產(chǎn)品樣本.第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社，199513 李發(fā)海.王巖.電機與拖動基礎(chǔ).第 1 版.北京：清華大學(xué)出版社，199414 諸靜.機器人與控制技術(shù).第 1 版.浙江：浙江大學(xué)出版社，199115 熊有倫.丁漢.劉恩滄.機器人學(xué).第 1 版. 機械工業(yè)出版社，199316 吳廣玉.姜復(fù)興.機器人工程導(dǎo)論.第 1 版.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，198817 王承義.機械手及其應(yīng)用.第 1 版.北京:機械工業(yè)出版社,198118 天津大學(xué)編寫組.工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ).第 1 版.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1979 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 34 頁 共 34 頁