787 自動化生產線機械手及分揀單元設計

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1、機械/機電/模具/數控畢業(yè)、課程設計QQ_2947387549現成資料CAD.Proe/Solidworks圖，另可定制 摘 要 機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術信號變換技術等多種技術的有機地結合，并運用到實際當中去的技術。本次設計的是基于自動化生產線中的機械手及分揀單元模塊，系統(tǒng)在生產線中完成的是工件的工位轉移及按需分揀的過程。整個系統(tǒng)采用PLC進行控制，機械手模塊將工件搬運到分揀單元指定位置，有升降和左右橫移兩個自由度。在分揀單元中，利用輸送帶輸送工件，通過使用光電傳感器和電感傳感器完成對材質、顏色的檢測，區(qū)分出金屬工件以及黑色的非金

2、屬工件，在氣缸的作用下，利用分揀器達到分揀目的。 關鍵詞：自動化，PLC，氣動系統(tǒng)設計，傳感測試技術 ABSTRACT The integration of machinery technology is the mechanical skill, the electrician electronic technology, the microelectronic technology, the information technology, the sensor technology, the conection technology s

3、ignal translation technology and many kinds of technologies organically unifies, and apply to the practice of techniques. What this design is based on automatic production lines in manipulator and the sort unit module, what the system completes in the production line is the work piece location shift

4、 and on demand sort process. The overall system uses PLC to carry on the control, the manipulator module transports the work piece to the sort unit assigns the position, has the fluctuation and about moves to two degrees-of-freedom horizontally. In the sort unit, transports the work piece using the

5、conveyor belt, completes through the use photoelectric sensor and the inductive transceiver to the material quality, the color examination, differentiates the metal work piece as well as the black nonmetallic work piece, under air cylinders function, serves the sort purpose using the time sorter. K

6、ey words: Automation, PLC, pneumatic system design, sensor testing technology 目 錄 1 緒 論 1 1.1 本論文的背景和意義 1 1.2 機械手國內外研究現狀和趨勢 1 1.3 分揀系統(tǒng)國內外發(fā)展現狀和趨勢 2 1.4 設計原則 4 2 自動化生產線機械手及分揀單元的方案設計 5 2.1 總體規(guī)格與相關參數 5 2.2 驅動方式的分析與選擇 5 2.3 自動化生產線機械手及分揀系統(tǒng)的組成 6 2.4 總體建模效果 8 3 機械手方案設計 9 3.1

7、機械手坐標形式的選擇 9 3.2 手部的選擇 9 3.3 氣缸等關鍵部分的設計 12 4 分揀單元結構設計 22 4.1 分揀單元的主要組成部分及各自功能 22 4.2 輸送部分的設計與計算 22 4.3 傳感檢測部分 25 4.4 導向部分 29 4.5 滑槽部分 34 5 控制系統(tǒng)的設計 35 5.1 方案簡述 35 5.2 機械手氣動控制系統(tǒng)的設計 36 5.3 分揀系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設計 43 6 總結 48 7 參考文獻 50 致 謝 51 機械/機電/模具/數控畢業(yè)、課程設計QQ_2947387549現成

8、資料CAD.Proe/Solidworks圖，另可定制 自動化生產線機械手及分揀單元設計 26 1 緒 論 1.1 本論文的背景和意義 自動生產線的最大特點是它的綜合性和系統(tǒng)性，綜合性主要涉及機械技術、微電子技術、電工電子技術、傳感測試技術、接口技術、信息變換技術、網絡通信技術等多種技術有機地結合，并綜合應用到生產設備中；而系統(tǒng)性指的是生產線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅動等機構在微處理單元的控制下協(xié)調有序地工作，有機地融合在一起。本系統(tǒng)完成一個生產線的機械手搬

9、運與物料分揀的過程。機械手的功能是將之前配合系統(tǒng)所提供的工件搬運到分揀系統(tǒng)中去，最后根據一系列的傳感器完成對顏色、材質的檢測，并將之分揀到相應的滑槽中去。本設計綜合應用了多種技術知識，如氣動控制技術、機械技術（機械傳動、機械連接等）、傳感器應用技術、PLC控制和組網、步進電機位置控制和變頻器技術等。因此，進行自動化生產線機械手及分揀單元的研究設計是非常有意義的。 1.2機械手國內外研究現狀和趨勢 從自動機到工業(yè)機器人是一個飛躍，從一般工業(yè)機器人到積極探索和開發(fā)具有智能和功能強大的工業(yè)機器人將又是一個飛躍。目前，工業(yè)機器人的開發(fā)正處在一個蓬勃發(fā)展的階段，在現今的工業(yè)發(fā)達國家里，工業(yè)機器人的開

10、發(fā)與制造正在形成一個龐大的產業(yè)，全世界每年的工業(yè)機器人銷售額可達42億美元。盡管如此，工業(yè)機器人產業(yè)仍在不斷拓展，不斷向新的領域進軍[1]。 機器人首先是被工廠使用的。機器人在許多工廠出現后，許多臟活、累活都由機器人取代人工，受到了人們的廣泛歡迎。工業(yè)機器人取代了工人們進行一部分重體力工作，從而使工人們能從事體力要求較低的工作，經過培訓就可以向著技術含量更高的崗位發(fā)展。 工業(yè)機器人的優(yōu)勢是顯而易見的，相對于人，它能夠更精確而且不知疲倦地工作，可以說，幾乎可以用在一切需要大量重復勞動的場合。隨著科學技術的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人已經成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系

11、統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。 雖然中國的工業(yè)機器人產業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。 而隨著工業(yè)的機械化和自動化的發(fā)展和氣動技術本身的一些優(yōu)點的展現，氣動機械手已經廣泛應用在生產自動化的各個行業(yè)。 機器人功能部件的標準化與模塊化是提高機器人的運動精度、運動速度、降低成本和提高可靠性的重要途徑?？梢灶A見，今后整個機器人機械手行業(yè)的發(fā)展方向都必然是朝著標準化與模塊化的方向發(fā)展。模塊化指的是機械模塊、信息監(jiān)測模塊、控制模塊等。目前，國外已經研制生產了各種不同的

12、標準模塊和組件，國內有關模塊化工業(yè)機器人的開發(fā)工作也有了初步的雛形。除了使用的各種伺服電機、傳感器外，手臂、手腕和機身的結構也已經標準化了，這也是機器人發(fā)展歷史上的一個飛躍。 在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經大量使用工業(yè)機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業(yè)機器人的使用實踐表明，工業(yè)機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業(yè)和社會生產力發(fā)展的有效手段[2]。 1.3 分揀系統(tǒng)國內外發(fā)展現狀和趨勢 自動分揀裝置是按

13、照預先設定的計算機指令對物品進行分揀，并將分檢出的物品送達指定位置的機械。隨著激光掃描、條碼及計算機控制技術的發(fā)展，自動分揀機在物流中的使用日益普遍。在郵政部門自動信函分揀機及自動包裹分揀機已經使用多年。 自動分揀系統(tǒng)目前在國外同行業(yè)技術比較成熟，但建設成本和維護成本較高而且維護難度大。而國內同行業(yè)對物流配送中心的建設也在摸索過程中，都不夠成熟；國內的應用水平，只有在郵政物流系統(tǒng)中應用較好，而其他行業(yè)并不理想。因此對其他物流系統(tǒng)的研究及其設備開發(fā)，都是有重要意義的。這樣不僅節(jié)約了企業(yè)人力資源，而且在鐵路列車的行包處理、食品工業(yè)、造紙業(yè)、化工業(yè)、機械制造、超市配送中心配送、出版業(yè)等各行各業(yè)中都

14、廣泛使用。 在物流行業(yè)飛速發(fā)展的今天，自動分揀設備占有非常重要的地位。長期以來國內分揀技術較為落后，一定程度上影響了我國物流業(yè)的發(fā)展，急需大量引進一種高速而有效的分揀設備，推塊式分揀機正好符合此要求。 在高度發(fā)達的國家，物流量非常大，其中大量的物品需要經過分揀才能分配到各個用戶，因此歐美各國和日本采用了大量的各種類型的分揀系統(tǒng)來完成分揀這一繁瑣而又枯燥的工作。特別是第二次世界大戰(zhàn)以后分家技術發(fā)展很快，分揀系統(tǒng)規(guī)模越來越大，分揀能力越來越高，應用范圍越來越廣，已經成為物流系統(tǒng)中的重要組成部分。 分揀是指為進行運輸、配送，把很多貨物按品種、不同的地點和單位分配到所設置的場地的作業(yè)。按分揀的手

15、段不同，可分為人工分揀、機械分揀和自動分揀三大類。 人工分揀基本上是靠人力搬運，把所需要的貨物分門別類地送到指定的地點，或利用最簡單的器具和手推車等，這種分揀方式勞動強度大，分揀效率最低。 機械分揀是指以機械為主要運輸手段，還要靠人力進行揀選，這種分揀方式用得最多的是運輸機，有板條式輸送機、傳輸帶、輥道運輸機等，也有的叫“輸送機分揀”。這種方式是用設置在地面上的輸送機傳輸貨物，在各分揀位置配置作業(yè)人員，當看到標簽、色標、編號等分揀標志時，邊進行揀選，在放到手邊的簡易傳送帶或場地上。也有用“箱式托盤分揀”，即在箱式分揀中裝入待分揀的貨物，用叉車的機械移動箱式托盤，用人力把貨物分到分揀的位置，

16、或再利用箱式托盤進行分配。使用較多的是在箱式托盤的下面裝車輪的滾輪箱式托盤。這種分揀方式投資不多，可以減輕勞動強度，提高分揀效率。 自動分揀是指貨物從進入分揀系統(tǒng)到指定的分揀位置為至，都是按照人們的預先設置的指令來完成的。這種裝置是由接收分揀指令信息的控制部分、計算機網絡部分、搬運部分、分揀部分、緩沖站等構成。所以，除了用終端的鍵盤、鼠標或其他方式向控制部分輸入作業(yè)需要信息的作業(yè)外，由于全部采用的是自動控制方式進行作業(yè)，因此分揀處理能力較大，分揀分類數量也較大。 從分揀技術水平上說，歐美各國發(fā)展最早，技術比較成熟，目前處于世界領先地位。日本則在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展很快，到1985年自動分揀

17、機總量達366套，號稱世界上擁有自動分揀機最多的國家，從1970-1985年有338臺自動分揀機投入運行，其中58.32%用于儲運業(yè)，17.15%用于銷售業(yè)。日本一位物流專家認為，在用戶需求表現為多品種小批量的時代，物流技術的三大措施是自動分揀機。自動化倉庫和無人自動牽引車。自動化倉庫是基本成熟的產品，無人自動牽引車是發(fā)展中產品，自動分揀機是接近成熟的產品。 我國自動分揀技術起步較晚，目前已能與世界先進水平保證同步，但缺少技術創(chuàng)新能力，使用自動分揀技術的物流系統(tǒng)也較少，大部分小型超市配送中心仍然依靠人工分揀。在20世紀80年代，我國最初是一些郵政局采用小型的半自動翻盤分揀機，由于郵政分揀。

18、 但目前我國自動分揀系統(tǒng)的規(guī)模和能力已有很大的發(fā)展，目前大型分揀系統(tǒng)大多能分揀幾十個到幾百個種類物品，分揀能力達到每小時萬件以上。國外分揀系統(tǒng)規(guī)模都很大，主要包括進給臺、信號盤、分揀機、分揀信息識別系統(tǒng)、設備控制系統(tǒng)等幾大部分，還要配備外圍大的各種運輸和裝卸機械，組成一個龐大而復雜的系統(tǒng)。自動分揀系統(tǒng)大部分與自動化立體倉庫連接起來，配合自動導引車、拖鏈小車等其他工具組成復雜的系統(tǒng)，分揀系統(tǒng)在總體布置上，可以說千變萬化。 1.4設計原則 根據任務書及學院要求，這次畢業(yè)設計的設計原則是：以任務書所要求的具體設計要求為根本設計目標，充分考慮自動化生產線工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎上，

19、盡可能的使結構簡練，盡可能采用標準化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時提高可靠性。本著科學經濟和滿足生產要求的設計原則，同時也考慮本次設計是畢業(yè)設計的特點，將大學期間所學的知識，如機械設計、機械原理、液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感器、可編程控制器（PLC）、電子技術、自動控制、機械系統(tǒng)仿真等知識盡可能多的綜合運用到設計中，使得經過本次設計對大學階段的知識得到鞏固和強化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設計。 2 自動化生產線機械手及分揀單元的方案設計 2.1 總體規(guī)格與相關參數 對自動化生產

20、線機械手及分揀單元的基本要求是將兩個單元有效的連接起來,通過一系列的傳感器件和氣缸等,能夠快速、準確的完成搬運及分揀的任務。設計自動化生產線機械手及分揀單元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;明確工藝過程中的模塊分布，使得在滿足要求的基礎上，讓各個元器件在每個模塊，各個模塊在每個單元中有最合理的布置，從而進一步確定對自動化生產線結構及運行控制的要求；在設計過程中，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，并能實現柔性轉換和編程控制。本次設計的自動化生產線機械手及分揀單元是為了實現通過模塊的組合形成流水線的

21、功能。 參數說明： 抓重：0.2千克； 工件尺寸：Φ30mm，厚30mm; 定位精度：1mm；控制方式：點位程序控制（PLC）; 機械手橫移最大距離距離800mm。 2.2 驅動方式的分析與選擇 液壓驅動，功率重量比大，可實現頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。 電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經濟適用的驅動方式[3]。 氣壓驅動具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無

22、污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。而從另一方面來說，氣動技術作為各種控制方式中性價比最高的一種控制方式，由于其元器件性能發(fā)展迅速，從而使得生產成本可以一直被控制降低，因而被廣泛應用于現代化工業(yè)生產領域。尤其在現代化的生產設備中，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。 表2-1 各種控制方式的比較 項目 氣壓傳動 液壓傳動 電氣傳動 機械傳動 系統(tǒng)結構 簡單 復雜 復雜 較復雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動作速度 大 稍大 大 小 響應速度 慢 快 快 中 清

23、潔度 清潔 可能有污染 清潔 較清潔 維護 簡單 比氣動復雜 需專門技術 簡單 加個 一般 稍高 高 一般 技術要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險性 幾乎無問題 注意著火 一般無問題 無特殊問題 表2-1為在本設計中,根據負載以及環(huán)境考慮，氣動驅動方式不僅能滿足使用需要，而且簡單且安全性高，技術要求較低，故采用氣動驅動方式。 2.3 自動化生產線機械手及分揀系統(tǒng)的組成 2.3.1 機械手的設計方案 機械手所實現的的主要功能就是實現工件工位的轉移，即將前一部分所提供的工件，通過升降抓取及橫移等動作，將

24、工件搬運到之后的分揀系統(tǒng)中去。 機械手的運動 機械手的運動有三個工位，下工位，上工位及分揀工位。主要需要完成如下幾個動作。 （1）水平方向手臂的左右移動 （2）垂直方向高度的上升、下降移動 （3）吸盤的吸取動作 建模圖如圖2-1 圖2-1 機械手部分建模圖 2.3.2 分揀系統(tǒng)設計方案 分揀單元主要由驅動及輸送部分，傳感檢測部分，導向分揀部分，滑槽部分組成。在本設計中主要實現的是金屬工件的分揀、黑色非金屬工件的分揀以及其他顏色非金屬工件的分揀。 建模圖如下圖2-2，主要實現的運動是工件的輸送及分揀。 圖2-2 分揀模塊建模圖 2.4 總體建模效果 圖2-3

25、 總體建模圖 3 機械手方案設計 3.1機械手坐標形式的選擇 機械手的基本型式較多，按手臂的坐標型式而言，主要有四種基本型式：直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)式。下面就各型式機械手作簡單的分析對比： 1、直角坐標式機械手 直角坐標機械手通常由三個線性關節(jié)組成，這三個關節(jié)用來確定末端操作器的位置，有時還帶有附加的旋轉關節(jié)，用以確定末端操作器的姿態(tài)。這種模式的機械手在x、y、z軸上的運動都是相對獨立的，對他們的運動可以獨立處理，因此容易通過計算機實現控制。同時可以兩端支撐，對給定結構的剛性能達到最大。 直角坐標式機械手的優(yōu)點： （1） 產量

26、大，節(jié)拍短，能滿足高速的要求； （2） 容易與生產線上的傳送帶和加工裝配機械相配合； （3） 適于裝箱類、多工序復雜的工作，定位容易變更； （4） 定位精度高，載重發(fā)生變化是不回影響精度； （5） 易于實行數控，可與開環(huán)或閉環(huán)數控機械配合使用。 缺點：機械手的作業(yè)范圍較小。 機械手型式的選擇首先是從滿足它的運動要求方面進行考慮， 然后從機械手的復雜程度以及經濟情況等方面來考慮。在本設計中，機械手主要是用作搬運工件用，故僅要求有機械手的左右與上下移動。故采用直角坐標式機械手。 3.2手部的選擇 由于本設計背景所要求的物料為直徑為30mm的圓柱形工件，故考慮采用吸附類手部

27、。 真空吸盤是真空設備執(zhí)行器之一，吸盤材料采用丁腈橡膠制造，具有較大的扯斷力，因而廣泛應用于各種真空吸持設備上，如在建筑、造紙工業(yè)及印刷、玻璃等行業(yè)，實現吸持與搬送玻璃、紙張等薄而輕的物品的任務。 真空吸盤又稱真空吊具，一般來說，利用真空吸盤抓取制品是最廉價的一種方法。真空吸盤品種多樣，橡膠制成的吸盤可在高溫下進行操作，由硅橡膠制成的吸盤非常適于抓住表面粗糙的制品；由聚氨酯制成的吸盤則很耐用。另外，在實際生產中，如果要求吸盤具有耐油性，則可以考慮使用聚氨酯、丁腈橡膠或含乙烯基的聚合物等材料來制造吸盤。通常，為避免制品的表面被劃傷，最好選擇由丁腈橡膠或硅橡膠制成的帶有波紋管的吸盤。 按形成

28、負壓(或真空)的方法，氣流負壓式手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。在此次設計中，綜合各方面考慮，決定采用噴射式氣流負壓吸盤。 圖3-1 噴射氣流原理圖 氣流負壓吸盤手部是利用流體力學的院里，當需要取物時，壓縮空氣高速流經噴嘴，使得其出口處的氣壓要低于吸盤腔內的氣壓，故腔內的氣體被告訴氣流帶走從而形成負壓，完成取料工作。當需要釋放工件時，切斷壓縮空氣即可達到目的。在實際生產中，對條件的要求并不苛刻，只需要壓縮空氣即可，在實際環(huán)境中容易取得，故成本較低[4]。 圖3-2 可調噴射式負壓吸盤結構 1.橡膠吸盤 2.吸盤芯子 3.通氣螺母 4.

29、吸盤體 5.噴嘴 6.噴嘴套 對吸盤的吸力進行計算，其公式為: 　 (3-1) 式中:P—吸盤吸力(N)，工件自重為0.2KG，故此處取吸盤吸力為10N，故P=10N; D — 吸盤直徑(cm). n — 吸盤數量 —啟動安全系數，在此取 —工作情況系數。根據工作條件以及實際情況的不同，選取工作情況系數，一般可在1~3的范圍內選取。在此，取。 —方位系數.當吸盤垂直吸附時，則，f為摩擦系數，橡膠吸盤吸附金屬材料

30、時，取f=0.5~0.8;當吸盤水平吸附時，取。在此，取 代入數據得: 綜合比較,選取FESTO規(guī)格為ESG-20-SF-HA-QS的吸盤，其具體參數如圖3-3。 圖3-3 選用吸盤的技術參數 3.3 氣缸等關鍵部分的設計 因為此機械手需要達到的目的較為直接和單一，故設計機械手只有升降及左右橫移兩個自由度。 3.3.1 機械手升降氣缸的計算與選用 （1）氣缸工作壓力的確定 氣源處理組件的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質及凝結水，調節(jié)并保持恒定的工作壓力。 氣源處理組件輸入氣源來自空氣壓縮機，所提供的壓力為0.6～1.0MPa, 輸出壓力為0～0.8MPa可調，取氣缸工

31、作壓力p=0.2Mpa 表3-1氣壓負載常用的工作壓力 負載F/N <5000 5000～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 >50000 工作壓力p/MPa <0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 >5～7 （2）氣缸的分類及典型結構 氣缸是將壓縮空氣的壓縮能轉換成直線運動并做功的執(zhí)行元件。氣缸按結構形式分為兩大類：活塞式和膜片式。其中活塞式又分為單活塞式和雙活塞式，單活塞式有有活塞桿和無活塞桿兩種。下面簡單介紹幾種常用氣缸的結構與特點。 ①普通氣缸 普通氣缸的結構中包括缸筒，前缸蓋，后缸蓋，

32、活塞和活塞桿，密封件和緊固件等基本組件。缸筒位于前后缸蓋之間并由拉桿和螺母將其連接鎖緊?；钊钊麠U相連，同時活塞采用密封圈密封，并裝有導向環(huán)及磁性環(huán)。為了防止外部粉塵影響氣缸以及保障氣缸不會漏氣，在前缸蓋上安裝有防塵組合密封圈以作用于活塞桿。磁性環(huán)用來產生磁場，使活塞接近磁性開關時發(fā)生信號，即在普通氣缸上安裝磁性開關就成為可以檢測氣缸活塞位置的開關氣缸。 ②無活塞桿氣缸 無桿氣缸沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實現直線運動，無桿氣缸由缸筒，防塵和抗壓密封件，無桿活塞，左右端蓋，傳動舌片，導架等組成。拉制而成鋁氣缸筒沿軸向方向開槽，為防止內部壓縮空氣泄露和外部雜物侵入，槽被內

33、部抗壓密封件和外部防塵密封件密封。內、外密封件都是塑料擠壓成形件，且互相夾持固定。無桿活塞的兩端帶有唇形密封圈。活塞兩端分別進、排氣，活塞將在缸筒內往復移動。該運動通過缸筒槽的傳動舌片被傳遞到承受負載的導架上。此時，傳動舌片將防塵密封件與抗壓密封件擠開，但它們在缸筒的兩端仍然是互相夾持的。因此，傳動舌片與導架組件在氣缸上移動時無壓縮空氣泄露。 無桿氣缸缸徑范圍為25-63mm，行程可達1000mm。這種氣缸最大的有點是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑長行程的場合。在自動化系統(tǒng)、氣動機器人中或得大量應用。 ③膜片式氣缸 這種氣缸適用于氣動夾具、自動調節(jié)閥及短行程的工作場合。 ④沖擊氣缸

34、 沖擊氣缸的用途廣泛，可用于鍛造、沖壓、鉚接、下料、壓配、破碎等多種作業(yè)。 ⑤擺動氣缸 擺動氣缸是由一個雙作用葉片式馬達和一個普通雙作用氣缸組成。采用這種雙活塞桿結構的擺動氣缸，結構簡單，能同時分別實現直線和擺動運動。 擺動角度在0-270之間無級可調，氣缸行程范圍為1-100mm。 因擺動氣缸的可調擋塊裝置和葉片之間是分開的，所以作用在擋塊上的沖擊力可由固定擋塊或自調式緩沖器吸收。另外，葉片在行程終端也由彈性緩沖墊緩沖。為了便于調節(jié)，角度標尺安裝在背面。 擺動氣缸的活塞桿有中空雙活塞桿型的，可用于真空、噴射等?；钊麠U端部有連接其它元件的內螺紋和半圓鍵。擺動氣缸常用作氣動機械手的手

35、臂，在其上連接氣動手指。 根據實際情況,此處選擇用單活塞桿雙作用氣缸。 （3）氣缸的壓力特性 氣缸的壓力特性就是氣缸內壓力變化的情形。當兩腔的壓力差所形成的力剛好克服各種阻力負載時，活塞就開始運動。 圖3-4氣缸的壓力特性曲線 （4）氣缸主要尺寸及結構設計 氣缸的負載率是氣缸活塞桿受到的軸向負載力F與氣缸的理論輸出力之比。 　 ( 3-2 ) 負載力是選擇氣缸時的重要因素。負載狀況不同，作用在活塞桿軸向的負載力也不同。參考表3-2負載率的選取與負載的運動狀態(tài)有關，此處取η=40%. 表3-2 負載狀

36、態(tài)與負載力 負載狀態(tài) 提升 夾緊 水平滾動 水平滑動 負載力 F=W F=K(夾緊力) F=uW，取摩擦系數u=0.1～0.4 F=uW，取摩擦系數u=0.2～0.8 表3-3 負載率與負載的運動狀態(tài) 負載的運動狀態(tài) 靜載荷（如壓緊，低速壓鉚） 氣缸速度50～500mm/s 氣缸速度>500mm/s 負載率 小于等于70﹪ 小于等于50﹪ 小于等于30﹪ 根據氣缸的負載狀態(tài)，參考表3-2確定氣缸的軸向負載F 工件的質量為0.2KG， 通過對已有標準吸盤的比對,大致估算負壓吸附式吸盤及其附件總重約為0.2KG,此處取0.2KG進行計算。 由公式

37、 　( 3-3 ) 其中 D——活塞內徑 p——工作壓力 ——活塞效率，此處取 由公式 　 ( 3-4 ) 計算得D=8.89mm. 圓整得D=18mm, 由d=0.35D，對照內徑活塞桿選取表，取d=8mm. 查閱機械設計手冊，知所取數值可以提供相應的拉力，故所取缸徑及活塞桿徑合理。 表3-4 氣缸理論輸出力 （5）預選氣缸

38、行程及活塞桿的校核 活塞的行程L一般根據實際需要來確定，通常L值取（0.5～5）D。 L=（0.5～5）D=（0.5～5）12=9～90mm 根據設計和實際需要,預選氣缸行程為L=60mm. 一般取活塞桿長度l=L+30 ，故取活塞桿長度l=90mm。 由于活塞桿長度l>10d，所以不但要對其進行強度校核，還要進行穩(wěn)定性校核。 1) 活塞桿的穩(wěn)定性校核 查閱資料，知一般來說，活塞桿都采用合金鋼制造，而缸筒則采用鋁合金制造，故查得各材料的許用拉應力值如下表[5]。 表3-5氣缸材料許用拉應力值 材料 []/Mpa 鑄鐵HT150 30Mpa Q235鋼 60Mpa

39、45號鋼 120Mpa 鋁合金ZL203 30Mpa 設活塞桿受軸向壓縮負載時，其值F查過某一臨界值時，就會失去穩(wěn)定。 則穩(wěn)定條件為 ( 3-5 ) 其中為安全系數，一般取，此處綜合考慮，取 計算活塞桿的長細比,對于實心桿,取r=d/4=2mm.故l/d=42.5 查閱《液壓與氣壓傳動》表3-4及3-5，取柔性系數及末端系數 故 故 ( 3-6 ) 其中——安裝長度

40、——柔性系數 ——末端系數 E——活塞桿材料的彈性模量，此處對鋼取 J——活塞桿橫截面的慣性矩，此處對實心圓桿 　　　 ( 3-7 ) 代入數據算得 遠大于負載，故活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件。 2) 活塞桿的強度校核 由公式 　　 　 ( 3-8 )

41、 　　 　( 3-9 ) 其中為缸筒材料的抗拉強度，n為安全系數，一般取n=5. 查表知=30MPa，因此計算得 d=1.44mm

42、較薄，故在設計中適當增加壁厚，所以此處取 =1mm。 (7)氣缸耗氣量及進排口的計算 氣缸的耗氣量在實際設計中是一個重要的指標，他與氣缸的缸徑、行程、工作頻率和從換向閥到氣缸的連接管路容積（死容積）有關，氣缸每分鐘消耗的壓縮空氣流量為[6]： ( 3-11 ) 式中， D——氣缸缸徑，m d——活塞桿的直徑，m s——活塞行程，m n——氣缸活塞每分鐘往復次數 此公式未考慮氣缸內的死容積，因此計算值比實際值偏小，設計時要根據具體情況加以修正。

43、氣缸的進排氣口當量直徑的大小與氣缸的耗氣量有關，除特殊情況外，一般氣缸的進氣口、排氣口尺寸相同。氣缸進排氣口當量直徑用下式計算： 　　 ( 3-12 ) 式中， -工作壓力下氣缸的耗氣量， -空氣流經進排氣口的速度，一般取 把計算出來的氣缸進排氣口當量直徑進行圓整后，按照GB/T 14038—93<<氣缸氣口螺紋>>選擇合適的氣口螺紋。故， （8）氣缸的密封與連接 缸筒和缸蓋的連接 查閱圖3-5，選擇拉桿式螺栓連接

44、。該結構簡單，易于加工，易于裝卸。 圖3-5缸筒和缸蓋的連接 活塞桿與活塞的連接結構 活塞桿與活塞的常用連接形式分整體結構和組合結構。組合式結構又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。 該氣缸選擇螺紋連接，結構簡單，裝卸方便，應用較多。 密封 氣缸密封的好壞，直接影響氣缸的性能和使用壽命，正確設計、選擇和使用密封裝置，對保證氣缸的正常工作非常重要。 查閱機械手冊，活塞的結構與密封型式如下圖 采用O型密封圈工作可靠，靜摩擦因素大，活塞的結構比較簡單，目前使用的范圍較廣[10]。 圖3-6 活塞的結構與密封型式 3.3.2 機械手橫向無桿氣缸的選擇 無桿氣缸沒有普通氣缸的

45、剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實現直線運動，無桿氣缸由缸筒，防塵和抗壓密封件，無桿活塞，左右端蓋，傳動舌片，導架等組成。拉制而成鋁氣缸筒沿軸向方向開槽，為防止內部壓縮空氣泄露和外部雜物侵入，槽被內部抗壓密封件和外部防塵密封件密封。內、外密封件都是塑料擠壓成形件，且互相夾持固定。無桿活塞的兩端帶有唇形密封圈?；钊麅啥朔謩e進、排氣，活塞將在缸筒內往復移動。該運動通過缸筒槽的傳動舌片被傳遞到承受負載的導架上。此時，傳動舌片將防塵密封件與抗壓密封件擠開，但它們在缸筒的兩端仍然是互相夾持的。因此，傳動舌片與導架組件在氣缸上移動時無壓縮空氣泄露。 無桿氣缸與普通氣缸的結構與工作原理并不相同。普通氣缸有

46、圓柱形的活塞桿，并且其動力的輸出也是通過活塞桿與外界相連來實現的。而無桿氣缸由于其結構的不同，設計計算選型則是按照另一套流程： ①按力矩及負載示意圖計算出相應的力矩及負載； ②根據計算所得出的力矩及負載查樣本《機械設計手冊》，選型無桿氣缸； ③列出無桿氣缸的基本參數，以供后面使用。 (1)負載計算及氣缸選型 水平無桿氣缸所受負載（暫不考慮連接組件的重量） ( 3-13 ) 現選用FESTO行程為800mm的無桿氣缸DGPL-18-800-PPV-A-KF-B,下表為氣缸的一些主要參數。

47、 表3-6　所選無桿氣缸的技術參數 4 分揀單元結構設計 自動分揀機是按照預先設定的計算機指令對物品進行分揀，并將分檢出的物品送達指定位置的機械。隨著激光掃描、條碼及計算機控制技術的發(fā)展，自動分揀機在物流中的使用日益普遍。 在物流行業(yè)飛速發(fā)展的今天，自動分揀設備占有非常重要的地位。長期以來國內分揀技術較為落后，一定程度上影響了我國物流業(yè)的發(fā)展，急需大量引進一種高速而有效的分揀設備，推塊式分揀機正好符合此要求。 4.1 分揀單元的主要組成部分及各自功能 分揀單元主要由驅動及輸送部分，傳感檢測部分，導向分揀部分

48、，滑槽部分組成。 驅動輸送部分主要功能是作為驅動裝置以及將電機的轉速控制在帶輪可以接受的范圍以及完成輸送工件的任務。 傳感檢測部分則主要負責檢測工件的材質與顏色，進而控制后面的導向分揀部分進行分揀。 導向部分功能則為實現導向。 滑槽部分功能為根據顏色材質的導向存放不同種類的工件。 4.2 輸送部分的設計與計算 4.2.1 驅動滾筒 驅動滾筒是傳遞動力的主要部件。作為單點驅動方式來講，可分成單滾筒傳動及雙滾筒傳動。單滾筒傳動多用于功率不太大的輸送機上，功率較大的輸送機可采用雙滾筒傳動，其特點是結構緊湊，還可增加圍包角以增加傳動滾筒所能傳遞的牽引力。使用雙滾筒傳動時可以采用多電機分別

49、傳動，可以利用齒輪傳動裝置使兩滾筒同速運轉。如雙滾筒傳動仍不需要牽引力需要，可采用多點驅動方式。 驅動滾筒是依靠與輸送帶之間的摩擦力帶動輸送帶運行的部件。驅動滾筒根據承載能力分為輕型、中型和重型三種。同一種滾筒直徑又有幾種不同的軸徑和中心跨距供選用。 （1）輕型：軸承孔徑80～100mm。軸與輪轂為單鍵聯(lián)接的單幅板焊接筒體結構。單向出軸。 （2）中型：軸承孔徑120～180mm。軸與輪轂為脹套聯(lián)接。 （3）重型：軸承孔徑200～220mm。軸與輪轂為脹套聯(lián)接，筒體為鑄焊結構。有單向出軸和雙向出軸兩種[12]。 根據設計要求及工件規(guī)格,選擇輕型筒體。 人字形溝槽鑄（包）膠滾筒是為了增

50、大摩擦系數，在鋼制光面滾筒表面上，加一層帶人字溝槽的橡膠層面，這種滾筒有方向性，不得反向運轉。人字形溝槽鑄（包）膠滾筒，溝槽能使水的薄膜中斷，不積水，同時輸送帶與滾筒接觸時，輸送帶表面能擠壓到溝槽里，由于這兩種原因，即使在潮濕的場合工作，摩擦系數降低也很小。考慮到本設計的實際情況和輸送機的工作環(huán)境：主要用于實驗和教學，所以我們選擇這種滾筒。鑄膠膠面厚且耐磨，質量好；而包膠膠皮易掉，螺釘頭容易露出，刮傷皮帶，使用壽命較短，比較二者選用鑄膠滾筒。 驅動滾筒是傳遞動力的主要部件。作為單點驅動方式來講，可分成單滾筒傳動及雙滾筒傳動。單滾筒傳動多用于功率不太大的輸送機上，功率較大的輸送機可采用雙滾筒傳

51、動。由于本設計的功率很小，故采用單滾筒傳動。 4.2.2 電動機的選定 帶式輸送裝置的負載是一種典型的恒轉矩負載，而且不可避免地要帶負荷起動和制動。在實際生產中，電動機啟動特性與負載的啟動要求往往不能達到一致，在通常情況下，電機起動時的電流要比額定運行時的電流大6～7倍才能保證電動機有足夠的啟動力矩，但是從保護電機不受過大電流沖擊的角度考慮，電流又不能太大，這就對電動機的啟動提出了一定要求，解決方案即加快轉子的加速度，使整個啟動過程控制在3～5s以內。 電動機額定轉速根據生產機械的要求而選定，一般情況下電動機的轉速不低500r/min，因為功率一定時，電動機的轉速低，其尺寸愈大，價格愈貴

52、，而效率低。若電機的轉速高，則極對數少，尺寸和重量小，價格也低。 因為此系統(tǒng)主要是用于教學實驗用，故輸送速度會相對較慢，加上設計兩個導向器氣缸間的距離為200mm，設定每個工件的檢測時間為4s。故初定輸送機輸送速度為0.05m/s。設主動滾筒直徑為80mm，則計算滾筒轉速為： ( 4-1 ) 輸送帶輸送能力計算： 對成件物料，依公式有： ，即180個/h。 　　　　　 ( 4-2 ) 查閱電機選型，初步選定電機為SEW-RF47-DR63S4-0.12 經減速后轉速為

53、12r/min，可以直接與滾筒連接。 4.2.3 輸送帶的選定 輸送帶是帶式輸送機部件中最昂貴和最易磨損的部件。 輸送帶在帶式輸送機中既是承載構件又是牽引構件（鋼絲繩牽引帶式輸送機除外），它不僅要有承載能力，還要有足夠的抗拉強度。輸送帶有帶芯（骨架）和覆蓋層組成，其中覆蓋層又分為上覆蓋膠，邊條膠，下覆蓋膠。 輸送機的帶芯主要是有各種織物（棉織物，各種化纖織物以及混紡織物等）或鋼絲繩構成。它們是輸送帶的骨干層，幾乎承載輸送帶工作時的全部負載。因此，帶芯材料必須有一定的強度和剛度。覆蓋膠用來保護中間帶芯不受機械損傷以及周圍有害介質的影響。上覆蓋膠層一般較厚，這是輸送帶的承載面，直接與物料接

54、觸因此在接觸過程中會產生較大的沖擊和磨損。下覆膠層主要承受壓力，為了降低阻力，下覆蓋膠設計的厚度一般會比較輕薄。側邊覆蓋膠主要起到的是一個保護作用，即輸送帶跑偏使側面與機架碰撞時，讓帶芯得意不受機械損傷。 常用的輸送帶有橡膠帶和塑料帶兩種。橡膠帶適用于工作環(huán)境溫度-15℃～40℃之間。物料溫度不超過50℃。向上輸送散粒料的傾角12～24。對于大傾角輸送可用花紋橡膠帶。塑料帶具有耐油、酸、堿等優(yōu)點，但對于氣候的適應性差，易打滑和老化。 帶寬是輸送帶的關鍵參數，分揀機構所分揀的工件規(guī)格為直徑30mm，高30mm的圓柱形工件，由輸送帶寬度一般比成件物料寬度大50-100mm的規(guī)則，選定帶寬為10

55、0mm。（自動線與工業(yè)機械手技術）。由于工業(yè)用輸送帶一般帶寬都在200mm以上，所以此輸送帶可以由廠家代為加工。 4.3 傳感檢測部分 4.3.1 傳感器工作原理 傳感器是將感受到的外界信息，按照一定的規(guī)律轉換成所需的有用信息的裝置。它獲取的信息可以是各種物理量。而轉換的信息也有各種形式如：電、光、溫度、聲、位移、壓力等。物理量可以通過傳感器進行轉換，但通常是將非電量或電量轉換成易于處理和傳輸的電量。傳感器的核心部件是敏感元件，它是傳感器中用來感知外界信息，并轉換成有用信號的元件。 根據功能需要，此處選定使用光電式傳感器以及電感式傳感器。因原文檔太大，此文檔%￥有部分刪除，需完整的含CAD圖的設計可問原著要。