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長春理工大學光電信息學院畢業(yè)論文 編號 本科生畢業(yè)論文 氣動通用機械手驅(qū)動系統(tǒng)設計 The design of drive system to pneumatic general manipulator 學 生 姓 名 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 指 導 教 師 學 院 機電工程分院 2010年 6 月 - 12 - 摘要 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛應用于自動生產(chǎn)線中，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機 械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。 工業(yè)生產(chǎn)中應用機械手，可以提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，減 輕工人勞動強度，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。本文以“氣動通用機械手驅(qū)動系統(tǒng)設計”為題目簡要介紹了工業(yè)機器人的概念，機械手的組成和分類，機械手的自由度和坐標形式、氣動技術的特點，及國內(nèi)外的發(fā)展狀況。本文對機械手進行總體方案設計，確定了機械手的坐標形式和自由度，確定了機械手的技術參數(shù)。同時，設計了機械手的夾持式手部結構，設計了機械手的手腕結構，計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩。設計了機械手的手臂結構，對手臂的伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸進行了尺寸設計和校核。 關鍵詞 ：工業(yè)機器人， 自動化，機械手，氣動 Abstract Manipulator is a new type of equipment which developed from the process of mechanical and automation. In modern produce process, manipulator is widely applied into automatic assembly lines, the development and production of robot has to been an emerging technology in high technical domain, it promotes the development of manipulator, and makes t realize the combination of mechanical and automation better. The application of manipulator in industry, can increase the efficiency of labor, ensure the quality of production, reduce the labor intensity, realize the automation of produce process. In this paper, the title of “the design of drive system to pneumatic general manipulator” gives a brief introduction to concept of industrial robot, composition and classification of manipulator, degrees of freedom and the form of coordinate of manipulator, features of pneumatic technology and the state of development in and out. This paper gives an overall designing to manipulator, determined the degrees of freedom and the form of coordinate, and technical parameters. Meanwhile, designed the configuration of gripping and wrist, calculated the torque of wrist when turned and driving torque of rotary cylinder. Designed the configuration of manipulator’s arm, and have a size designing and checking to arm’s cylinders of the telescopic, lifting and rotary. Keywords: industrial robots, automation, manipulator, pneumatic 目錄 第一章??緒論 1.1選題背景及機械手概述..................................1 1.2機械手的組成和分類....................................2 1.3國內(nèi)外發(fā)展狀況........................................5 1.4課題的提出及主要任務..................................6 第二章 機械手的設計方案 2.1機械手的坐標形式與自由度..............................8 2.2機械手的手部結構方案設計..............................8 2.3機械手的手腕結構方案設計..............................8 2.4機械手的手臂結構方案設計..............................8 2.5機械手的驅(qū)動方案設計..................................8 2.6機械手的主要參數(shù)......................................9 2.7機械手的技術參數(shù)列表..................................9 第三章 手部結構設計 3.1夾持式手部結構........................................10 3.2手指的形狀和分類......................................10 3.3設計時考慮的幾個問題..................................10 3.4手部夾緊氣缸的設計....................................10 第四章 手腕結構設計 4.1手腕的自由度..........................................14 4.2手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩..............................14 4.3手腕的驅(qū)動力矩計算....................................15 4.4回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩計算................................17 4.5手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸設計及其校核..........................17 第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的設計與校核 5.1手臂伸縮部分尺寸設計與校核............................20 5.2手臂升降部分尺寸設計與校核............................23 5.3手臂回轉(zhuǎn)部分尺寸設計與校核............................23 第六章 總結.............................................26 致謝....................................................27 參考文獻................................................28 30 第一章 緒 論 1.1 選題背景及工業(yè)機械手概述 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展, 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心,它在減輕工人的勞動強度的同時, 大大提高了勞動生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動化裝置。前者費時費工、效率低; 后者因設計復雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題?？删幊绦蚩刂破鱌LC控制的上下料機械手控制系統(tǒng)動作簡便、線路設計合理、具有較強的抗干擾能力, 保證了系統(tǒng)運行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。 　　機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設在中國的工廠中引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國本土塑料加工廠也開始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及為工人交工傷費帶來的挑戰(zhàn)。 　　隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，特別是改革開發(fā)以后，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操作釬焊、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)自化，已愈來愈引起我們重視。 　　機械手是模仿著人手的部分動作，按給定的程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。 　　在現(xiàn)實生活中，你是否會發(fā)現(xiàn)這樣一個問題。在機械工廠里，加工零件裝料的時候是不是很煩的，勞動生產(chǎn)率不高，生產(chǎn)成本大，有時候還會發(fā)生一些人為事故，導致加工者受傷。想想看用什么可以來代替呢，加工的時候只要有幾個人巡視一下，且可以二十四個小時飽和運作，人行嗎？回答是肯定的，但是機械手可以來代替它。 　　生產(chǎn)中應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)；尤其是在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中能夠代替人進行正常的工作。想到這里老師就讓我設計一個機械手，用于生產(chǎn)實際中。 工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.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)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應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。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 1.2 機械手的組成和分類 1.2.1機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖1-1所示。 位置檢測裝置 驅(qū)動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 執(zhí)行機構 工件 圖1-1 (一)執(zhí)行機構 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。 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 手在本課題中我們采用夾持式手部結構。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構 所構成。手指是與物體直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。 回轉(zhuǎn)型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結 構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置， 因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、 被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面 的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而 傳力機構則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常 用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式 和重力式等。 2、手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去 取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 4、立柱 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。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 5、行走機構 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安滾 輪式行走機構可分裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾輪分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。 6、機座 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機 座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置 組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動?？刂葡到y(tǒng)是支配著 工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序、 控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制 兩動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令， 必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信 號。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(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)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(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)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。 1.2.2 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準， 在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 (一)按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種: 1、專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械 手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加工中”。 2、通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在性 能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制 系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷 變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可 分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關”式控制定位，只能是點位控制，伺 服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制，一般 的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。 (二)按驅(qū)動方式分 1、液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百 公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油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。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。 2、氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)來源 極為方便輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可 壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、 輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 3、機械傳動機械手 即由機械傳動機構(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅(qū)動的機械手。 它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要 特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結構較大，動 作程序不可變。 4、電力傳動機械手 即有特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構運 動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構，故機械結構簡單。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)按控制方式分 1、點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不 能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目 前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動 過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制 系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況 國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢: (1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而 單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。 (2)機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、 檢測系統(tǒng)三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已 有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 (3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng) 絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統(tǒng)的 可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感 器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視 覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳 感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 (5)虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使 遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 (6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與 機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)， 使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人 就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。 (7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝 置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國的工業(yè)機 器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五” 科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水 平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器人應用工程起步較晚， 應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國 產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有 形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重 新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不 低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn) 品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.我 國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中 最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開 發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種: 在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有 了一定的發(fā)展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統(tǒng)遙 控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國 外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成 系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 1.4課題的提出及主要任務 1.4.1課題的提出 進入21世紀，隨著我國人口老齡化的提前到來，近年來在東南沿海還出現(xiàn) 在大量的缺口現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，本設計的目的就是設計一個氣動搬運機械手，應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。 現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點: (1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等):液壓傳 動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而且影響 執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。 (2)工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特性變 化。 (3)因液壓脈動和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高;且使用維護 需要較高技術水平。鑒于以上這些缺陷，本機械手擬采用氣壓傳動，氣動技術有 以下優(yōu)點: (1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排 入大氣，理方便，一般不需設置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介 質(zhì)變質(zhì)及補充的問題. 2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般不卜澆 塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓 傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。 (3)動作迅速，反應靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力 和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。 (4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時， 機器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán) 境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化 影響傳動及控制性能 (6)成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和 加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點認為:由于氣體具有可壓縮性， 因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎 更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動技術作為機器人中 的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件 組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進 展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領域里，對氣動機械手、氣動機器人的實 用性和前景存在不少疑慮。 1.4.2課題的主要任務 本課題將要完成的主要任務如下: (1)機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面相對較廣. (2)選取機械手的座標型式和自由度 (3)設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括:手部、手腕、手臂等部件的設計。為了使 通用性更強，手部設計成可更換結構，不僅可以應用于夾持式手指來抓取棒料工 件，在工業(yè)需要的時候還可以用氣流負壓式吸盤來吸取板料工件。 (4)通過這次畢業(yè)設計把大學四年學到的專業(yè)基礎知識用于實踐和生產(chǎn)中，提高我們解決實際問題的能力和查閱有關資料的能力。 第二章??機械手的設計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾-放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結構形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結構及運行控制的要求;盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，勞動強度大和操作單調(diào)頻繁、操作環(huán)境惡劣的生產(chǎn)場合。 2.1機械手的坐標形式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標型式可分為直角坐式、圓坐標、球坐標式和關節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱坐標形式。相應的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。圖2-1 機械手的運動示意圖 圖2-1 2.2 機械手的手部結構方案設計 為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當工 件是棒料時，使用夾持式手部;當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。 2.3 機械手的手腕結構方案設計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須 有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結構，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構回轉(zhuǎn)氣缸。 2.4 機械手的手臂結構方案設計 按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右 回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。 2.5 機械手的驅(qū)動方案設計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉 因此本機械手采用氣壓傳動方式。 2.6機械手的主要參數(shù) 1.機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動方式驅(qū)動，因此考慮抓取的物體不應該太重，查閱相關機械手的設計參數(shù)，結合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設計設計抓取的工件質(zhì)量為常速時10公斤低速時15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，設計速度過低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)的速度及行程。該機械手手臂升降速度：300mm/s 手臂回轉(zhuǎn)范圍：0°—240°手臂回轉(zhuǎn)速度：90°/s。機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一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，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑和最大中心高。大部分機械手設計成相當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剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好，根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為200mm,最大工作半徑約為1440mm,最大中心高為1380mm。定位精度也是基本參數(shù)之一，該機械手的定位精度為 0.5mm. 2.7機械手的技術參數(shù)列表 一、用途: 用于自動輸送線的上下料。 二、設計技術參數(shù): 1、抓重：常速時（10Kg），低速時（15Kg） 2、自由度數(shù)：4個自由度 3、座標型式：圓柱座標 4、最大工作半徑：約為1440mm 5、手臂最大中心高：為1380mm 6、手臂運動參數(shù) 伸縮行程：600mm， 伸縮速度：500mm/s，升降行程：200mm，升降速度：300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍：：0°—240°，回轉(zhuǎn)速度??：90°/s 7、手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍?：0°—180°?， 回轉(zhuǎn)速度：180°/s 8、手指夾持范圍 棒料: ：Φ80~Φ150mm 9、定位方式 可調(diào)機械擋塊等 10、定位精度： 0.5mm 11、驅(qū)動方式 氣壓傳動 第三章??手部結構設計 為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當工 件是棒料時，使用夾持式手部:如果有實際需要，還可以換成氣壓吸盤式結構。 3.1夾持式手部結構 夾持式手部結構由手指(或手爪)和傳力機構所組成。其傳力結構形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 3.2手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按 指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進型)，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本形式。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指;同理，當二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結構簡單，制造容易，應用廣泛。移動型應用較少，其結構比較復雜龐大，當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應不同直徑的工件。 3.3設計時考慮的幾個問題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 (二)手指間應具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉 角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件 考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 (三)保證工件準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選 擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。 (四)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手 在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷 或彎曲變形，當應盡量使結構簡單緊湊，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)考慮被抓取對象的要求 根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結構是一支點 回轉(zhuǎn)型手指，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設計成V型。 3.4手部夾緊氣缸的設計 1、手部驅(qū)動力計算 本課題氣動機械手的手部結構如圖3-1所示，圖3-1齒輪齒條式手部。 圖3-1 其工件重量G=10或15公斤，V形手指的角度2θ=120°，摩擦系數(shù)為f=0.1，b=150mm,R=90mm. (1)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式: N= 所以N===424N. (2)根據(jù)手部結構的傳動示意圖3-2，其驅(qū)動力為: P===1413N. (3)實際驅(qū)動力: ??P≥P 因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取=0.9 ，并取K1=1.5 。若被抓取工件的最大加速度取 a=0.5g時，則: K2=1+=1.5 所以??P=P×=3533N 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為3533N. 。 圖3-2 ?? 2、手指夾緊工件時，彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力 使手指松開的復位彈簧其鋼絲直徑d=3mm,彈簧外徑D=30mm,彈簧的自由長度 H=46mm,有效圈數(shù)12，手指夾緊工件時彈簧的變形量=25mm. P= 其中C====9；Z=12;G=8×10N/m P==86N 3、求夾緊氣缸的直徑 因為P=P 所以選取活塞桿直徑d=0.5D,氣體工作壓力p=5×10Pa 所以D== =0.1096m 根據(jù)氣壓缸內(nèi)徑系列，選取氣壓缸內(nèi)徑D=110mm 則活塞桿直徑d=110×0.5=55mm. 4、求夾緊氣缸的工作壓力 作用在夾緊缸活塞上的機械載荷P為： P=P+P+P 由于密封裝置的摩擦阻力較工作阻力（P=P+P）小，又因密封處工作壓力P是待求值，故按照經(jīng)驗取P=（0.05-1）P，所以取 P=1.06（P+P） =1.06（3533+86）=3836N 因作用在活塞上的氣壓力即驅(qū)動力與機械載荷p相平衡，故夾緊缸的工作壓力p為：p===30.5×10N/m 第四章 手腕結構設計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結構，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構為回轉(zhuǎn)氣缸。 4.1 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構，應用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結構緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于180° ，并且要求嚴格的密封。 4.2手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須 服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與 缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不 重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。 圖4-1 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算:M ?M?=M+M+M 如果手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量（）不是很大時，手腕啟動過程所產(chǎn)生的慣性力矩也不大，為了簡化計算可以將力矩M、M適當放大，而省略掉M，這時M=1.1（M+M） 式中:?M—驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩( N.cm); M—慣性力矩(N.cm ); M—參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(N.cm)., M—手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩((N.cm); 4. 3手腕的驅(qū)動力矩的計算 下面以圖4-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算: 1、手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩M 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為w ，起動過程所用的時間為 ，則: ?? M=(+(N.cm.s) 或者根據(jù)腕部角速度w及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度按下式 M=(+ 式中:-參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ; -工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 。 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量 為: = 式中:? -工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量（(N.cm.s）； G- 工件的重量(N); - 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm), ? ?w??- 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s); - 起動過程所需的時間(s); -起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。 2、手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M ? ? M=(N.cm) 式中:?? G- 手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N); - 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm). 當工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則?=0?. 3、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩M ( N.cm) M =） ( N.cm) 式中:? - 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm); f - 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承f=0.01-0.02，對于滑動軸承f=0.1; -軸承支承處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解， 根據(jù)=0 ,得: ? ? ? ?所以= 同理，根據(jù)=0 ,得: = 式中: -手部 的重量(N)； - 如圖4-1所示的長度尺寸(cm). 為簡化計算，取M=0.1M 4、回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據(jù)具體情況加以分析。 4.4回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩計算 在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖4-2所示： 圖4-2 定片1與缸體2固連，動片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動片密封圈4把氣缸腔分隔成兩個.當壓縮氣體從孔a進入時，推動輸出軸作逆時針回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣體從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動力矩M的關系為M:=， 或p≥? ? 式中：M-手部回轉(zhuǎn)時的總阻力矩（N.cm）； p-回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力（Pa）； D-缸體內(nèi)孔半徑（cm）； d-輸出軸半徑（cm）； b-動片寬度（cm）. 上述驅(qū)動力矩與壓力的關系是對于低壓腔背壓力為零情況而言的。若存在一定背壓，則上述應代入工作壓力p與背壓p之差 4.5手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸設計及其校核 ?1.尺寸設計 設計氣缸內(nèi)徑為D=80mm,半徑R=40mm ,軸徑?d?=30mm,半徑R=15mm ,氣缸運行角速度 w=180°/s ，加速度時間 =0.1s,?回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力為50×10 N/m ,動片寬度為50mm. 則力矩： M:== =172N.m 2.尺寸校核 （1）．測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量m,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個半徑r=60 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： J=mr==0.018(Kg.m) 工件的質(zhì)量為5 Kg ,質(zhì)量分布于長l=80mm 的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量 J=ml=×5×0.08=0.0027(Kg.m) 假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長l=80mm 的棒料來說，最大偏心距e=40mm,其轉(zhuǎn)動慣量為: J=J+me=0.0027+5×0.04=0.0107(Kg.m) 則M=(+=（0.018+0.0107）=51.66(N.m) （2）、手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M，考慮手腕轉(zhuǎn)動件重心與轉(zhuǎn)動軸線重合，e=0 ，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線e=40mm ,則: ? ?M=Ge+Ge=10×10×0+5×10×0.4=2(N.m) 其中G為手腕回轉(zhuǎn)部件的重量，G 為工件的重量。 （3）、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩M，為簡化計算取 M=0.1 M （4）、回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M ?? ?M= 2M+ 2?M+ ?M ?【1】M ：輸出軸與缸蓋密封處的摩擦阻力矩 ?? ?M=πdlup，其中l(wèi)=d d-輸出軸與缸蓋密封處直徑； l-密封的有效長度（或密封寬度）； d-“o”型密封圈的截面直徑； k-“o”型密封圈在裝配時的壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運動，k=0.03-0.05; u-摩擦系數(shù)； p-回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力。 由設計得：d=30mm, d=3mm,k=0.04,u=0.01,p=5×10N/m ? ?? ? l=d =0.03×=0.0084m 則：M=π×0.03×0.0084×0.1×5×10 =0.59N.m 【2】M:動片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩 M=l(D-d)pu， 其中l(wèi)= d=0.03× =0.0084m D-回轉(zhuǎn)氣缸直徑； d-回轉(zhuǎn)氣缸與動片連接處直徑。 由設計得：D=80mm,d=30mm,則： M=×0.0084×（0.08-0.03）×5×10×0.1=0.29 N.m 【3】M：動片外徑與氣缸密封裝置處的摩擦阻力矩 M=blpu 其中b 為動片的寬度，b=50mm, l、D、p和u同上述。 M=0.05×0.0084××5×10×0.1=0.84 N.m 則：M=2×0.59+2×0.29+0.84 =2.6 N.m （5）、回轉(zhuǎn)氣缸低壓腔的背壓阻力矩M M=（D-d） 其中為氣缸低壓腔背壓力，在這里初步估算為10N/m. 則：M=×（0.08-0.03）×10=3.44 N.m 則手腕回轉(zhuǎn)氣缸所需的驅(qū)動力矩M為： M= M+ M+ M+ M =51.66+2.6+2+3.44 =59.7 N.m 因為：M=59.7 N.m＜M=172 N.m，所以設計尺寸符合使用要求，安全。 第五章??手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設計與校核 5.1手臂伸縮氣缸的尺寸設計與校核 5.1.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設計 手臂伸縮氣缸運行長度設計為l=600mm,氣缸內(nèi)徑為D=118mm,半徑R=59mm. 5.1.2 尺寸校核 ??1.設計氣缸運行長度設計為l=600mm,氣缸內(nèi)徑為D=118mm,半徑R=59mm，氣缸的運行速度為v=500mm/s,加速度時間=0.1s,進氣壓力為p=5×10N/m 【1】當氣壓輸入無桿腔時，使活塞以速度v而運動，則輸入氣缸氣體的體積為：Q=V 式中：D-氣缸（或活塞直徑）； Q-輸入無桿腔的體積； V-活塞的移動速度。 則體積Q為：Q==5.5mL 氣缸的無桿腔內(nèi)氣壓作用在活塞上的合成壓力P，即氣缸的驅(qū)動力為：P=p 式中：p-進氣口壓力； P-氣缸驅(qū)動力； P=×10=5465N。 【2】當氣體進入有桿腔，使活塞以V2而運動，則所輸入氣缸的體積Q為： Q= 式中：d-活塞桿直徑； Q-輸入無桿腔的體積； V2-活塞的移動速度，V2=1500mm/s 則體積Q為：Q=×1.5=12.3mL. 氣缸的無桿腔內(nèi)氣壓作用在活塞上的氣壓力P，即氣缸的驅(qū)動力為： P= p=×5×10 =4099N 所謂氣缸驅(qū)動力是指氣缸的高壓氣腔的氣壓所產(chǎn)生的氣壓力。在機械手工作時，各氣缸的驅(qū)動力要分別克服作用在各自氣缸活塞上的總機械載荷，以保證機械手正常運動。 2、計算作用在活塞上的總機械載荷 機械手臂移動氣缸的受力簡圖如5-1所示。作用在活塞上的總機械載荷P為： P= P+ P+ P+ P+ P 【1】工作阻力P：工作阻力P的數(shù)值要根據(jù)氣缸工作時的具體情況預定有無，并進行計算或估算，在此，為完成搬運工件的伸縮氣缸，故不受工作阻力，即P為0。 【2】導向裝置的摩擦阻力P：不同配置或不同的導向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進行估算。 【3】密封裝置處的摩擦阻力P：在氣體驅(qū)動活塞運動時，各密封裝置處摩擦阻力之和P，即：P= P+ P+ P P、P、P分別為活塞桿和缸蓋處、活塞與缸壁處、伸縮氣管處等密封裝置處的摩擦阻力，其值隨密封圈的結構不同而異。 當氣缸的工作壓力不大于10×10N/m時，活塞桿直徑為氣缸直徑的一半，活塞和活塞桿處采用O型密封時，氣缸密封處的總摩擦阻力為： P+ P=0.03P=0.03×5465=164N，伸縮氣管處的摩擦阻力P為：P=upπdl 式中：u-