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壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 系 別 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 職 稱(chēng) 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)的自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，減輕工 人勞動(dòng)強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的。在某些勞動(dòng)條件極其惡劣的條件下，工人難以用手工工作，可用 本自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)代替人力勞動(dòng)。 本設(shè)計(jì)為三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，其工作方向?yàn)閮蓚€(gè)直線方向 和一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。 本設(shè)計(jì)中的三自由度棒料搬運(yùn)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)，主要是針對(duì)質(zhì)量少于 10KG 的圓形棒料 的搬運(yùn)。通過(guò)氣爪手指的不同選擇可滿足直徑 50-100mm 的棒料的搬運(yùn)。 在控制器的作用下，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)執(zhí)行將工件從一條流水線拿到另一條流水線并把 工件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)這一簡(jiǎn)單的動(dòng)作. 關(guān)鍵詞：三自由度；自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)；搬運(yùn)；工業(yè)機(jī)器人 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 ABSTRACT This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people can’t work in hand, so the robots can replace worker to do it. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 10KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that diameter is 50 to 100mm. Under controller function the robot move the components from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes. Keywords: three degrees of freedom; robot; transporting; industrial robot 目 錄 1 緒論 ..................................................................................1 壓縮包內(nèi)含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985 1.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的概述 ...............................................................1 1.1.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 .........................................................1 1.1.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 .........................................................1 1.2 氣動(dòng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的發(fā)展 ...........................................................2 1.3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的主要工作 ...........................................................2 2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程及其控制要求 ....................................................2 2.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) ...........................................................2 2.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的控制要求 ...........................................................3 3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)及其主要參數(shù) ....................................................4 3.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)主要類(lèi)型和自由度選擇 .................................................4 3.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) .......................................................4 3.3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的控制方案設(shè)計(jì) .......................................................5 3.4 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的技術(shù)參數(shù) ...........................................................5 4 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................................6 4.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .......................................................6 4.1.1 手指的形狀和分類(lèi) ...........................................................6 4.1.2 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 .......................................................7 4.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) .........................................................8 4.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .....................................................11 4.2.1 手腕的自由度 ..............................................................11 4.2.2 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所輸?shù)尿?qū)動(dòng)力矩 ..................................................11 4.2.3 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 ....................................................13 4.3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .....................................................14 4.3.1 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ......................................................14 4.3.2 手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) ........................................................15 4.3.3 手臂伸縮氣缸缸徑的確定 ....................................................18 4.3.4 手臂伸縮氣缸型號(hào)的選擇 ....................................................18 設(shè)計(jì)小結(jié) ...............................................................................20 參考文獻(xiàn) ...............................................................................21 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的概述 1.1.1自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)是模仿人手的動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬 運(yùn)的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)叫做“工業(yè)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)”。在 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，可以減輕勞 動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。尤其在惡劣的環(huán)境下代替人進(jìn)行工作，意義非 常重大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，在機(jī)械加工、沖壓、鍛、 鑄、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣 泛的應(yīng)用。 1.1.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 工業(yè)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式主要有四種分別介紹如下： (1).直角坐標(biāo)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直角坐標(biāo)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 1- 1.a。 （2）.圓柱坐標(biāo)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 圓柱坐標(biāo)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如 圖 1-1.b。 （3）.球坐標(biāo)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 球坐標(biāo)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 1-1.c。 （4）.關(guān)節(jié)型自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 關(guān)節(jié)型自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 1-1.d。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 圖 1-1 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式 1.2 氣動(dòng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的發(fā)展 氣動(dòng)技術(shù)被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化之“肌肉”的傳動(dòng)與控制技術(shù)，在制造領(lǐng)域越來(lái)越受到 重視，并且得到了廣泛應(yīng)用。目前，隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā) 展，氣動(dòng)技術(shù)也在創(chuàng)新，以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，取得了空前的的發(fā)展。另一方面，氣動(dòng)技 術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”，因其元器件性能的提高，生產(chǎn)成本的降低，被廣泛應(yīng)用 于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。 1.3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的主要工作 分析三個(gè)自由度的功能和作業(yè)任務(wù)，確定自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行自動(dòng)抓取 機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行三維裝配圖的建模，關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)計(jì)算。 2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程及其控制要求 2.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的動(dòng)作由 氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)缸由相應(yīng)的電磁閥來(lái)控制，電磁閥由 PLC 控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件完成，能 十分方便的嵌入到各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)線中。圖 2-1 為自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖,其中 1-執(zhí)行氣爪， 2-水平伸縮氣缸，3-旋轉(zhuǎn)軸，4-豎直氣缸，5-底座，6-工件。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 2-1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 根據(jù)分析可得出自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的工作流程圖，如圖 2-2 所示。 原位 下降 夾緊 上升 右移 停止 左移 上升 松開(kāi) 下降 下限延時(shí)上限左限 啟 動(dòng) 右 限 圖 2-2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)工作流程圖 可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)要求功能需要如下條件： (1)底座與橫梁之間需要旋旋轉(zhuǎn)氣缸，旋轉(zhuǎn)氣缸有葉片式和齒輪齒條式。 齒輪齒條 式，是由齒輪和齒條嚙合組成，氣壓推動(dòng)齒條做直線運(yùn)動(dòng)，齒條與齒輪嚙合，齒條的運(yùn) 動(dòng)會(huì)形成齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2)橫梁在普通情況下長(zhǎng)度是固定的，如果工作臺(tái)不進(jìn)行調(diào)整，橫梁長(zhǎng)度可永遠(yuǎn)不變。 由于課題任務(wù)要求手臂可以伸出縮短，本設(shè)計(jì)中在橫梁上安裝了執(zhí)行氣缸，可使用手動(dòng) 按鈕調(diào)整橫梁長(zhǎng)度。 (3)豎直方向上是頻率較高上下工作的機(jī)構(gòu)，故選用執(zhí)行氣缸，其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、噪音 低，同時(shí)符合課題要求。 (4)抓緊機(jī)構(gòu)也可選用氣動(dòng)執(zhí)行爪和執(zhí)行氣缸并用組成氣動(dòng)執(zhí)行模塊。 2.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的控制要求 （1）自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的自動(dòng)運(yùn)行： ① 下降：當(dāng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)檢測(cè)到傳送帶 A 上有工件時(shí)，原點(diǎn)位置開(kāi)始下降，下降到 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 位時(shí)，當(dāng)碰到下極限開(kāi)關(guān)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)停止下降，于此同時(shí)接通加緊電磁閥線圈。 ② 加緊工件：當(dāng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)加緊到位時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸電閉合，接通上升電 磁閥線圈。 ③ 上升：當(dāng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)夾緊到位時(shí)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)開(kāi)始上升，上升到位時(shí)，碰到 上極限開(kāi)關(guān)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)停止上升，同時(shí)接通右移電磁閥線圈。 ④ 右移：當(dāng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)上升到位時(shí)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)開(kāi)始右移，右移到位時(shí)，碰到 有極限開(kāi)關(guān)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)停止右移同時(shí)接通下降電磁閥線圈。 ⑤ 下降：當(dāng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)右移到位時(shí)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)重新開(kāi)始下降，下降到位時(shí)， 碰到下極限開(kāi)關(guān)，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)停止下降，于此同時(shí)釋放加緊電磁閥線圈。 ⑥ 放松工件：放松動(dòng)作為時(shí)間控制，設(shè)為 2 秒。 ⑦ 上升：工件放松后，自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)開(kāi)始上升，上升到位時(shí)，碰到上極限開(kāi)關(guān)，自 動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)停止上升，同時(shí)接通左移電磁閥線圈。 ⑧ 左移：自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)上升到位后，開(kāi)始左移，左移到位時(shí)，碰到左極限開(kāi)關(guān)，自 動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)停止左移。 ⑨ 回到原位：自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)左移到位后，回到原點(diǎn)位置，再次自動(dòng)啟動(dòng)傳送帶 A， 當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到工件后，開(kāi)始又一次工作周期。 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的手動(dòng)運(yùn)行 （2）手動(dòng)運(yùn)行是指自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的上升、下降、左移、右移及夾緊操作通過(guò)對(duì)應(yīng)的 手動(dòng)操作按鈕控制，與操作順序無(wú)關(guān)。 3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)及其主要參數(shù) 3.1自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的主要類(lèi)型和自由度選擇 手臂的機(jī)構(gòu)基本上決定了工作空間范圍，按自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手臂運(yùn)動(dòng)的不同運(yùn)動(dòng)的坐 標(biāo)形式和形態(tài)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，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)式和關(guān) 節(jié)式。 因?yàn)樽詣?dòng)抓取機(jī)構(gòu)在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在操作機(jī)中主動(dòng)關(guān) 節(jié)的數(shù)目應(yīng)等于操作機(jī)的自由度，因此，采用圓柱座標(biāo)型式，相應(yīng)的自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)具有 三個(gè)自由。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速，阻力損失和泄漏較小，成本低廉所以該 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)采用氣壓傳動(dòng)方式。 3.3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的控制方案設(shè)計(jì) 當(dāng)改變自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的動(dòng)作流程時(shí)，只需改變PLC控制程序即可，方便快捷。 圖 3-1 送料自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的工作示意圖 3.4 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的技術(shù)參數(shù) 一、用途: 用于 100 噸以上沖床上下料。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重 10 公斤 (夾持式手部) 2、自由度數(shù) 3 個(gè)自由度 3、座標(biāo)型式 圓柱座標(biāo) 4、最大工作半徑 1500mm 5、手臂最大高 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1188mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程 150mm 伸縮速度 500mm/s 升降行程 170mm 升降速度 50mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 0°～ 240° 回轉(zhuǎn)速度 40°/s 7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 士 115° 回轉(zhuǎn)速度 180°/s 8、手指夾持范圍 棒料 : 50～100mm 9、定位方式 行程 開(kāi) 關(guān) 或可調(diào)機(jī)械擋塊等 10 定位精度 士 0.5mm l1、緩沖方式 液壓緩沖器 12、驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳 動(dòng) 13、控制方式 點(diǎn)位程序控制(采用 PLC) 4 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為了使自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的通用性更強(qiáng)，把自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)， 當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部。 4.1.1 手指的形狀和分類(lèi) 最常見(jiàn)的一種是夾持式，常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件 的部位又可分為外夾式和內(nèi)卡式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型， 二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn) 型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變?yōu)橐恢c(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，制造容易。移動(dòng)型應(yīng)用少，而且其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指 夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，從而能可以?shī)A持不同直徑的工件。 4.1.2 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng) 保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于 移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相 應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的 慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為 佳。 (五)考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的手部結(jié)構(gòu)是 一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成 V 型. 4.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題氣動(dòng)自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的手部結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示，其工件重量 G=10 公斤，“V”形 手指的角度 2 =120°，b=120mm， R=24mm,摩擦系數(shù)為 f=0.10。? 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 4-1 齒輪齒條式手部 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: NR2bP? (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: ???NtgGtgN50426015.0)(5.0`???????? 所以： =490（N）R2bP? (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: ?21K?實(shí) 際 因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 =0.94 ，并取 =1.5.1 若被抓取工件的最大加速度取 a=g 時(shí)，則: 212??gaK 所以： ??NP156394.0??實(shí) 際 故夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為 1563N。 2、氣缸的直徑 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 本氣缸是單向作用氣缸 ，其公式為: ztFpDF??4 21? 式中: ——活塞桿上的推力，N1F ——彈簧反作用力， Nt ——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，Nz P——?dú)飧坠ぷ?壓力，Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算: ??SlCFft?? nDGdf31 48 2t?? 式中: —— 彈簧剛度，N/mfC L—— 彈簧預(yù)壓縮量，m S——活塞行程，m d ——彈簧鋼絲直徑，m1 D ——彈簧平均直徑，mt D ——彈 簧外徑， m2 n —— 彈 簧 有效 圈數(shù) G—— 彈簧 材料剪切模量，一般取 G=79.4X 1 護(hù) Pa 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率幾的影響，則: tFpD??4 21?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: ??p t????????1 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得： nDGdCf31 48 ??????mN/46.715038/105.9 43????? SlCFft? 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 N6.20137 3??? 所以： ??p FDt????????14 ??????m23.654.015./6.09 2/16?? 查有關(guān)手冊(cè)圓整，得 D=65 mm 由 d/D=O.2～0.3， 可得活塞桿直徑:d=(0.2～0.3)D=13～19.5 mm 圓整后，取活塞桿直徑 d=18 mm 校核，按公式 ?????24/dFt 有: ??/1td? 其中 =120MPa, F =750N???t 則:d (4 490/ 120)?2/ =2.28 18? 滿足設(shè)計(jì)要求。 3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 缸筒必須要有一定厚度，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: ????2/pDP? 式中: 6—— 缸筒壁厚 mm D——?dú)飧變?nèi)徑 ，咖 P ——實(shí)驗(yàn)壓力，取 P =1.5P Pap pt 材料為 : ZL3,[ ] =3MPa? 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: ???2/p? = ??36510106??? =6.5 mm 取 =7.5 mm，則缸筒外徑為:D=65+7.5 2 =80 mm。? 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 4.2 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.2.1 手腕的自由度 手腕自由度的選用與自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位 精度等許多因素有關(guān)。由于本自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性， 因此給手腕設(shè)一繞 x 軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。 目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)氣缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。其 結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于 360 度，并要求嚴(yán)格的密封。 4.2.2 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所輸?shù)尿?qū)動(dòng)力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、左右和上下擺動(dòng)都是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).圖 4-2 所示為手腕受力的示意圖。 1.工件 2.手部 3.手腕 圖 4-2 手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可以按照下面的公式計(jì)算: M = M + M + M +M cm (4-1)驅(qū) 慣 偏 摩 封 式中 : M ——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Kg﹒cm);驅(qū) M —— 慣性力矩(Kg﹒cm);慣 M —— 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn) 偏 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 動(dòng) 軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 (Kg﹒cm),. M —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg﹒cm);摩 M —— 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩封 (Kg﹒cm ); 如圖 4-1 所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算: 1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩 M慣 若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ，起動(dòng)過(guò)程所用的? 時(shí)間為△t，則: M = (N.cm)慣 ??tJ???1 若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ，起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△ ，則:? M = (N.cm)慣 ???21J 式中: J——參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N·cm·s );2 J ——工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N·cm·s );。1 2 若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J ,為:1211egGJ?? J ——工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N·cm·s );g 2 G ——工件的重量(N);1 ——工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)-,e ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s);? ——起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(S);t? ——起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。? 2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏 M =偏 31eG? 式中 : G ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N);3 e ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm). 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則 =0 .1eG 3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M摩 M =摩 ??12dRfBA? 式中: d 、d ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑 (cm);12 f——軸承摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f=0.01 ，對(duì)于滑動(dòng)軸承 f=0.1; R 、 R ——軸頸處的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù)AB 得:????0FmA R l+G l =G l + G l321 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 同理，根據(jù) 得:????0FmB R =AllG321?? 式中: G ——手部的重量 (N)2 1、1 、l 、 l ——如圖 4-1 所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).23 4、回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M ，與選用封 的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。 4.2.3 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的二理如 圖 4-3 所示，定片 1 與缸體 2 固連，動(dòng)片 3 與回轉(zhuǎn)軸 5 固連。動(dòng)片封圈 4 把氣腔分隔成 兩個(gè).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)，則低壓腔的氣從 b 孔排出。 反之同理。單葉 J 氣缸的壓力 p 和驅(qū)動(dòng)力矩 M 的關(guān)系為: （4-9）??2rRbM?? 或： 2rp 圖 4-3 回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 式中: M- 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩(N﹒cm); P- 回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力(N﹒cm); R- 缸體內(nèi)壁半徑(cm); r- 輸出軸半徑(cm); b— 動(dòng)片寬度 (cm). 4.3 自動(dòng)抓取機(jī)構(gòu)手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.3.1 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作水平伸縮時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力: 圖4-4手嘴伸出時(shí)的受力狀態(tài) 圖 4-4 所示為活塞氣缸驅(qū)動(dòng)手臂前伸時(shí)的示意圖。驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為: P 驅(qū) = P 慣 + P 摩 + P 密 + P 背 N （5-1） 式中:P 慣 ——手伶在起動(dòng)過(guò)程中的慣性力(N); P 摩 ——摩擦阻力(包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)(N); P 密 ——密封裝置處的摩擦阻力(N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力不同 。 P 背 ——?dú)飧追枪ぷ髑粔毫?即背壓)所造成的阻力(N)，若非工作腔與 油箱或大氣相連時(shí)，則 P 背 =0 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 4.3.2 手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 1．驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 根據(jù)手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力公式:F=F f + tm?? 其中，由于手臂運(yùn)動(dòng)從靜止開(kāi)始，所以△v=v, 設(shè)計(jì)氣缸材料為 ZL3，活塞材料為 45 鋼，查詢手冊(cè)可知 f=0.17.質(zhì)量計(jì)算:手臂伸縮 部分主要由手臂回轉(zhuǎn)氣缸、手臂伸縮氣缸、手臂伸縮用液壓緩沖器、夾緊氣缸、手爪及 相關(guān)的固定元件組成。氣缸為標(biāo)準(zhǔn)氣缸，根據(jù)氣動(dòng)元件廠的《產(chǎn)品樣本》可估其質(zhì)量， 同時(shí)測(cè)量設(shè)計(jì)的相關(guān)尺寸，從而得知伸縮部分夾緊物體時(shí)它的質(zhì)量為 70kg，放松物件后 它的質(zhì)量為 55kg.接觸面積為:S=O.5m 2 則上料時(shí)： ??NFf 350.170?? F=F + ftm?? = 05.6353?? =1540（N） 下料時(shí)： ??Ff 27.10?? F=F + ftm?? = 05./165273?? =935(N) 考慮安全因素，應(yīng)乘以安全系數(shù)K=1.2 則上料時(shí): F=1540 1.2=1850 (N)? 下料時(shí): F=935 1.2=1120 (N) 2、氣缸的直徑 根據(jù)雙作用氣缸的計(jì)算公式: 41??DpF? ?? 22d? 其中: F ——活塞桿伸出時(shí)的推力，N1 F ——活塞桿縮入時(shí)的拉力2 d——活塞直徑，mm P——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: 當(dāng)推力做功時(shí): 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 ??pFD14? = ?? 2/134.0580???????? =108.5(mm) 當(dāng)拉力做功時(shí): D=(1.01～1.09)(4F /2??2/1??p =(1.01～1.09) ?2/154.04?? =92.12(mm) 圓整后，取 D=100mm 3、活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,此活塞桿為空心活塞桿，目的是桿內(nèi)將裝有 3 根伸縮氣管。因此，活 塞桿內(nèi)徑要盡可能大，假設(shè)取 d=70mm, d =56mm.0 校核如下:(按縱向彎曲極限力計(jì)算) 氣缸承受縱向推力達(dá)到極限力 F 以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。k 因此，必須使推力負(fù)載(氣缸工作負(fù)載 F 與工作總阻力 F 之和)小于極限力 F 。1z k 有關(guān)公式為: 式中: L——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度，m K——活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，空心桿 ，m4 20dK?? d ——空心活塞桿內(nèi)孔直徑，m0 A ——活塞桿橫截面面積，空心桿 ，m1 ??6 401A??2 f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=2.1 10 Pa?7 a——系數(shù)，對(duì)鋼a=1/5000 21????????kLnafAFK 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: 21????????kLnafAFK = ??????4/1056107/305/149 232337 ???????? =573(KN) 推力負(fù)載為: PDFzf 24?? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: =zf???236104.0??? =3142(N) <

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