紙箱碼垛機器人用氣動夾具設(shè)計

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更多設(shè)計請移步：http://shop102709696.taobao.com 咨詢紙 箱 碼 垛 機 器 人 用 氣 動 夾 具 設(shè) 計 目 錄摘 要 1Abstract1第 一 章 緒 論 .31.1 機 械 手 簡 史 .31.2 機 械 手 分 類 .51.3 機 械 手 的 組 成 .81.4 應(yīng) 用 機 械 手 的 意 義 10第 二 章 紙 箱 碼 垛 機 器 人 用 氣 動 夾 具 總 體 方 案 設(shè) 計 .122.1 機 械 手 的 坐 標(biāo) 形 式 與 自 由 度 122.2 機 械 手 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 確 定 132.3、 機 械 手 的 主 要 參 數(shù) 的 確 定 .142.4、 機 械 手 氣 路 回 路 的 設(shè) 計 .15第 三 章 紙 箱 碼 垛 機 器 人 用 氣 動 夾 具 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 163.1 末 端 執(zhí) 行 器 （ 手 部 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 ） 163.1.2 資 料 收 集 .173.2 機 械 手 手 腕 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 223.2.1 手 腕 轉(zhuǎn) 動 時 所 需 的 驅(qū) 動 力 矩 .233.2.2 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 驅(qū) 動 力 矩 計 算 .243.2.3 手 腕 回 轉(zhuǎn) 缸 的 設(shè) 計 計 算 .253.3 手 臂 伸 縮 、 升 降 、 旋 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 校 核 計 算 26第 四 章 自 動 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 ………………………………………………………294.1 氣 動 系 統(tǒng) 設(shè) 計 要 求 ……………………………………………………294.2 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 設(shè) 計 方 案 ……………………………………………………29第 五 章 PLC 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 …………………………………………………… …30更多設(shè)計請移步：http://shop102709696.taobao.com 咨詢5.1PLC 控制的優(yōu)點………………………………………………………………315.2PLC 的工作原理……………………………………………………………325.3 程序梯形圖………………………………………………………………….335.4 控制程序調(diào)試…………………………………………………………………34結(jié) 論 .32致 謝 .33參 考 文 獻 ： .34第 1 頁摘 要氣 動 機 械 手 是 能 模 仿 人 手 和 臂 的 某 些 動 作 功 能 ， 用 以 按 固 定 程 序 吸 取 的 、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 。本 文 主 要 進 行 了 紙 箱 碼 垛 機 器 人 用 氣 動 夾 具 的 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 和 氣 動 設(shè) 計 。機 械 手 的 機 械 結(jié) 構(gòu) 由 氣 缸 、 氣 爪 和 連 接 件 組 成 ， 可 按 預(yù) 定 軌 跡 運 動 ， 實 現(xiàn) 對 工件 的 吸 取 的 、 搬 運 和 卸 載 。 氣 動 部 分 的 設(shè) 計 主 要 是 選 擇 合 適 的 控 制 閥 ， 設(shè) 計 合理 的 氣 動 控 制 回 路 ， 通 過 控 制 和 調(diào) 節(jié) 各 個 氣 缸 壓 縮 空 氣 的 壓 力 、 流 量 和 方 向 來使 氣 動 執(zhí) 行 機 構(gòu) 獲 得 必 要 的 力 、 動 作 速 度 和 改 變 運 動 方 向 ， 并 按 規(guī) 定 的 程 序 工作 。關(guān)鍵詞：氣動機 械 手 ； 氣 缸 ； 氣 動 回 路 ； 四 自 由 度 。AbstractPneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop ；Four degrees of freedom第 2 頁.第 一 章 緒 論機 械 工 業(yè) 是 國 民 的 裝 備 部 ， 是 為 國 民 經(jīng) 濟 提 供 裝 備 和 為 人 民 生 活 提 供 耐 用 消費 品 的 產(chǎn) 業(yè) 。 不 論 是 傳 統(tǒng) 產(chǎn) 業(yè) ， 還 是 新 興 產(chǎn) 業(yè) ， 都 離 不 開 各 種 各 樣 的 機 械 裝 備 ，機 械 工 業(yè) 所 提 供 裝 備 的 性 能 、 質(zhì) 量 和 成 本 ， 對 國 民 經(jīng) 濟 各 部 門 技 術(shù) 進 步 和 經(jīng) 濟 效益 有 很 大 的 和 直 接 的 影 響 。 機 械 工 業(yè) 的 規(guī) 模 和 技 術(shù) 水 平 是 衡 量 國 家 經(jīng) 濟 實 力 和 科學(xué) 技 術(shù) 水 平 的 重 要 標(biāo) 志 。 因 此 ， 世 界 各 國 都 把 發(fā) 展 機 械 工 業(yè) 作 為 發(fā) 展 本 國 經(jīng) 濟 的戰(zhàn) 略 重 點 之 一 。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(shè) 備 。 工 業(yè) 機 械 手的 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(yù) 期 的 作 業(yè)任 務(wù) ， 在 構(gòu) 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(yīng) 性 。機 械 手 作 業(yè) 的 準(zhǔn) 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(lǐng) 域 有 著 廣 闊的 發(fā) 展 前 景 。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 生第 3 頁產(chǎn) 過 程 中 ， 機 械 手 被 廣 泛 的 運 用 于 自 動 生 產(chǎn) 線 中 ， 機 械 人 的 研 制 和 生 產(chǎn) 已 成 為高 技 術(shù) 鄰 域 內(nèi) ， 迅 速 發(fā) 展 起 來 的 一 門 新 興 的 技 術(shù) ， 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(jié) 合 。 機 械 手 雖 然 目 前 還 不 如人 手 那 樣 靈 活 ， 但 它 具 有 能 不 斷 重 復(fù) 工 作 和 勞 動 ， 不 知 疲 勞 ， 不 怕 危 險 ， 抓 舉 重物 的 力 量 比 人 手 力 大 的 特 點 ， 因 此 ， 機 械 手 已 受 到 許 多 部 門 的 重 視 ， 并 越 來 越 廣泛 地 得 到 了 應(yīng) 用 。機 械 手 技 術(shù) 涉 及 到 力 學(xué) 、 機 械 學(xué) 、 電 氣 氣 技 術(shù) 、 自 動 控 制 技 術(shù) 、 傳 感 器 技術(shù) 和 計 算 機 技 術(shù) 等 科 學(xué) 領(lǐng) 域 ， 是 一 門 跨 學(xué) 科 綜 合 技 術(shù) 。 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 自 由 度 ， 可 用 來 搬 運 物 體 以完 成 在 各 個 不 同 環(huán) 境 中 工 作 。1.1 機械手簡史現(xiàn) 代 工 業(yè) 機 械 手 起 源 于 20 世 紀(jì) 50 年 代 初 ， 是 基 于 示 教 再 現(xiàn) 和 主 從 控 制 方式 、 能 適 應(yīng) 產(chǎn) 品 種 類 變 更 ， 具 有 多 自 由 度 動 作 功 能 的 柔 性 自 動 化 產(chǎn) 品 。機 械 手 首 先 是 從 美 國 開 始 研 制 的 。 1958 年 美 國 聯(lián) 合 控 制 公 司 研 制 出 第 一 臺機 械 手 。 他 的 結(jié) 構(gòu) 是 ： 機 體 上 安 裝 一 回 轉(zhuǎn) 長 臂 ， 端 部 裝 有 電 磁 鐵 的 工 件 抓 放 機 構(gòu) ，控 制 系 統(tǒng) 是 示 教 型 的 。1962 年 ， 美 國 機 械 鑄 造 公 司 在 上 述 方 案 的 基 礎(chǔ) 之 上 又 試 制 成 一 臺 數(shù) 控 示 教再 現(xiàn) 型 機 械 手 。 商 名 為 Unimate(即 萬 能 自 動 )。 運 動 系 統(tǒng) 仿 造 坦 克 炮 塔 ， 臂 回轉(zhuǎn) 、 俯 仰 ， 用 氣 驅(qū) 動 ； 控 制 系 統(tǒng) 用 磁 鼓 最 存 儲 裝 置 。 不 少 球 坐 標(biāo) 式 通 用 機 械 手就 是 在 這 個 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 。 同 年 該 公 司 和 普 魯 曼 公 司 合 并 成 立 萬 能 自 動 公 司（ Unimaton） ,專 門 生 產(chǎn) 工 業(yè) 機 械 手 。1962 年 ， 美 國 機 械 鑄 造 公 司 也 試 驗 成 功 一 種 叫 Versatran 機 械 手 ， 原 意 是靈 活 搬 運 。 該 機 械 手 的 中 央 立 柱 可 以 回 轉(zhuǎn) ， 臂 可 以 回 轉(zhuǎn) 、 升 降 、 伸 縮 、 采 用 氣驅(qū) 動 ， 控 制 系 統(tǒng) 也 是 示 教 再 現(xiàn) 型 。 雖 然 這 兩 種 機 械 手 出 現(xiàn) 在 六 十 年 代 初 ， 但 都 是國 外 工 業(yè) 機 械 手 發(fā) 展 的 基 礎(chǔ) 。1978 年 ， 美 國 Unimate 公 司 和 斯 坦 福 大 學(xué) 、 麻 省 理 工 學(xué) 院 聯(lián) 合 研 制 一 種Unimate-Vic-arm 型 工 業(yè) 機 械 手 ， 裝 有 小 型 電 子 計 算 機 進 行 控 制 ， 用 于 裝 配 作 業(yè) ，第 4 頁定 位 誤 差 可 小 于 ±1 毫 米 。美 國 還 十 分 注 意 提 高 機 械 手 的 可 靠 性 ， 改 進 結(jié) 構(gòu) ， 降 低 成 本 。 如 Unimate公 司 建 立 了 8 年 機 械 手 試 驗 臺 ， 進 行 各 種 性 能 的 試 驗 。 準(zhǔn) 備 把 故 障 前 平 均 時 間（ 注 ： 故 障 前 平 均 時 間 是 指 一 臺 設(shè) 備 可 靠 性 的 一 種 量 度 。 它 給 出 在 第 一 次 故 障 前的 平 均 運 行 時 間 ） ， 由 400 小 時 提 高 到 1500 小 時 ， 精 度 可 提 高 到 ±0.1 毫 米 。德 國 機 器 制 造 業(yè) 是 從 1970 年 開 始 應(yīng) 用 機 械 手 ， 主 要 用 于 起 重 運 輸 、 焊 接 和設(shè) 備 的 上 下 料 等 作 業(yè) 。 德 國 KnKa 公 司 還 生 產(chǎn) 一 種 點 焊 機 械 手 ， 采 用 關(guān) 節(jié) 式 結(jié)構(gòu) 和 程 序 控 制 。瑞 士 RETAB 公 司 生 產(chǎn) 一 種 涂 漆 機 械 手 ， 采 用 示 教 方 法 編 制 程 序 。瑞 典 安 莎 公 司 采 用 機 械 手 清 理 鑄 鋁 齒 輪 箱 毛 刺 等 。日 本 是 工 業(yè) 機 械 手 發(fā) 展 最 快 、 應(yīng) 用 最 多 的 國 家 。 自 1969 年 從 美 國 引 進 二種 典 型 機 械 手 后 ， 大 力 研 究 機 械 手 的 研 究 。 據(jù) 報 道 ， 1976 年 從 事 機 械 手 的 研究 工 作 的 大 專 院 校 、 研 究 單 位 多 達 50 多 個 。 1979 年 120 多 個 大 學(xué) 和 國 家 研 究部 門 用 在 機 械 手 的 研 究 費 用 42%。 1979 年 日 本 機 械 手 的 產(chǎn) 值 達 443 億 日 元 ，產(chǎn) 量 為 14535 臺 。 其 中 固 定 程 序 和 可 變 程 序 約 占 一 半 ， 達 222 億 日 元 ， 是1978 年 的 二 倍 。 具 有 記 憶 功 能 的 機 械 手 產(chǎn) 值 約 為 67 億 日 元 ， 比 1978 年 增 長50%。 智 能 機 械 手 約 為 17 億 日 元 ， 為 1978 年 的 6 倍 。 截 止 1979 年 ， 機 械 手累 計 產(chǎn) 量 達 56900 臺 。 在 數(shù) 量 上 已 占 世 界 首 位 ， 約 占 70%， 并 以 每 年50%～ 60%的 速 度 增 長 。 使 用 機 械 手 最 多 的 是 汽 車 工 業(yè) ， 其 次 是 電 機 、 電 器 。 預(yù)計 到 1990 年 將 有 55 萬 機 器 人 在 工 作 。第 二 代 機 械 手 正 在 加 緊 研 制 。 它 設(shè) 有 微 型 電 子 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) ， 具 有 視 覺 、觸 覺 能 力 ， 甚 至 聽 、 想 的 能 力 。 研 究 安 裝 各 種 傳 感 器 ， 把 感 覺 到 的 信 息 反 饋 ， 使機 械 手 具 有 感 覺 機 能 。 目 前 國 外 已 經(jīng) 出 現(xiàn) 了 觸 覺 和 視 覺 機 械 手 。第 三 代 機 械 手 （ 機 器 人 ） 則 能 獨 立 地 完 成 工 作 過 程 中 的 任 務(wù) 。 它 與 電 子 計算 機 和 電 視 設(shè) 備 保 持 聯(lián) 系 。 并 逐 步 發(fā) 展 成 為 柔 性 制 造 系 統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing system)和 柔 性 制 造 單 元 (Flexible Manufacturing Cell)中 重 要 一環(huán) 。第 5 頁隨 著 工 業(yè) 機 器 手 （ 機 器 人 ） 研 究 制 造 和 應(yīng) 用 的 擴 大 ， 國 際 性 學(xué) 術(shù) 交 流 活 動十 分 活 躍 ， 歐 美 各 國 和 其 他 國 家 學(xué) 術(shù) 交 流 活 動 開 展 很 多 。1.2 機械手的分類目 前 對 機 械 手 還 沒 有 統(tǒng) 一 的 分 類 標(biāo) 準(zhǔn) 。 按 照 不 同 的 分 類 方 式 可 以 把 機 械 手分 成 多 種 類 型 。1.按 驅(qū) 動 方 式 分 類按 驅(qū) 動 裝 置 的 動 力 源 ， 機 械 手 可 分 為 以 下 的 幾 種 。（ 1） 氣 式 機 械 手 。 這 種 機 械 手 的 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 通 常 由 液 動 機 （ 各 種 油 缸 、 油 馬達 ） 、 伺 服 閥 、 油 泵 、 油 箱 等 組 成 ， 這 種 機 器 人 通 常 具 有 很 大 的 抓 舉 能 力 并 且 結(jié)構(gòu) 緊 湊 ， 動 作 平 穩(wěn) ， 耐 沖 擊 、 耐 振 動 ， 防 爆 性 好 ， 但 對 制 造 精 度 和 密 封 性 能 要 求很 高 ， 否 則 易 發(fā) 生 漏 油 而 污 染 環(huán) 境 。（ 2） 氣 壓 式 機 械 手 。 其 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 通 常 采 用 通 常 汽 缸 、 氣 閥 、 氣 罐 和 空 壓 機組 成 。 特 點 是 氣 源 方 便 ， 動 作 迅 速 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 造 價 較 低 、 維 修 方 便 ， 但 難 于 進行 速 度 控 制 ， 并 因 氣 壓 不 能 太 高 ， 固 抓 舉 能 力 較 小 。（ 3） 電 動 式 機 械 手 。 電 力 驅(qū) 動 是 目 前 機 械 手 使 用 的 最 多 的 一 種 驅(qū) 動 方 式 。其 特 點 是 電 源 方 便 ， 響 應(yīng) 快 ， 驅(qū) 動 力 較 大 ， 信 號 檢 測 、 傳 遞 、 處 理 方 便 ， 可 以 采用 多 種 靈 活 的 控 制 方 案 。 驅(qū) 動 電 機 一 般 采 用 交 流 伺 服 電 機 、 直 流 伺 服 電 機 和 步 進電 機 。 由 于 電 機 速 度 高 ， 通 常 還 須 采 用 減 速 機 構(gòu) （ 如 諧 波 減 速 機 構(gòu) 、 論 析 減 速 機構(gòu) 、 滾 珠 絲 杠 和 多 桿 機 構(gòu) ） 。 目 前 也 有 一 些 特 制 電 機 直 接 進 行 驅(qū) 動 ， 以 簡 化 機 構(gòu) ，提 高 控 制 精 度 。其 他 還 有 采 用 混 合 驅(qū) 動 的 機 械 手 ， 如 液 -氣 混 合 驅(qū) 動 機 械 手 或 電 -氣 混 合 驅(qū)動 機 械 手 。2.按 用 途 分 類機械手按用途可分為下列幾種。（1） 搬運機械手;（2） 噴涂機械手;（3） 焊接機械手;第 6 頁（4） 裝配機械手;（5） 其他用途的機械手。如航天用機械手，探海用機械手，以及排險作業(yè)機械手等。3.按操作機的位置機構(gòu)類型和自由度數(shù)量分類操 作 機 的 位 置 機 構(gòu) 是 機 械 手 的 重 要 外 形 特 征 ， 固 常 用 作 分 類 的 依 據(jù) 。 按 這 一分 類 要 求 ， 機 械 手 可 分 為 直 角 坐 標(biāo) 型 、 圓 柱 坐 標(biāo) 型 、 球 坐 標(biāo) 型 、 關(guān) 節(jié) 型 機 械 手 。第 7 頁a） 直角坐標(biāo)型 b）圓柱坐標(biāo)型 c）球坐標(biāo)型 d）多關(guān)節(jié)型 e）平面關(guān)節(jié)型圖 1-1 工業(yè)機械手的基本結(jié)構(gòu)形式操 作 機 本 身 的 自 由 度 最 能 反 應(yīng) 機 器 人 的 作 業(yè) 能 力 ， 也 是 分 類 的 重 要 依 據(jù) 。 按這 一 分 類 要 求 ， 機 械 手 可 分 為 4 自 由 度 、 5 自 由 度 、 6 自 由 度 和 7 自 由 度 機 械手 。4.按 其 他 方 法 還 可 以 分 為（ 1） 家 務(wù) 型 機 械 手 ： 能 幫 助 人 們 打 理 生 活 ， 做 簡 單 的 家 務(wù) 活 。（ 2） 操 作 型 機 械 手 ： 能 自 動 控 制 ， 可 重 復(fù) 編 程 ， 多 功 能 ， 有 幾 個 自 由 度 ，可 固 定 或 運 動 ， 用 于 相 關(guān) 自 動 化 系 統(tǒng) 中 。第 8 頁（ 3） 程 控 型 機 械 手 ： 按 預(yù) 先 要 求 的 順 序 及 條 件 ， 依 次 控 制 機 械 手 的 機 械動 作 。（ 4） 示 教 再 現(xiàn) 型 機 械 手 ： 通 過 引 導(dǎo) 或 其 它 方 式 ， 先 教 會 機 械 手 動 作 ， 輸入 工 作 程 序 ， 機 械 手 則 自 動 重 復(fù) 進 行 作 業(yè) 。（ 5） 數(shù) 控 型 機 械 手 ： 不 必 使 機 械 手 動 作 ， 通 過 數(shù) 值 、 語 言 等 對 機 器 人 進 行示 教 ， 機 械 手 根 據(jù) 示 教 后 的 信 息 進 行 作 業(yè) 。（ 6） 感 覺 控 制 型 機 械 手 ： 利 用 傳 感 器 獲 取 的 信 息 控 制 機 械 手 的 動 作 。（ 7） 適 應(yīng) 控 制 型 機 械 手 ： 能 適 應(yīng) 環(huán) 境 的 變 化 ， 控 制 其 自 身 的 行 動 。（ 8） 學(xué) 習(xí) 控 制 型 機 械 手 ： 能 “體 會 ”工 作 的 經(jīng) 驗 ， 具 有 一 定 的 學(xué) 習(xí) 功 能 ， 并將 所 “學(xué) ”的 經(jīng) 驗 用 于 工 作 中 。（ 9） 智 能 機 械 手 ： 以 人 工 智 能 決 定 其 行 動 的 機 械 手 。1.3 機械手的組成工業(yè)機械手通常由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動傳動裝置、控制系統(tǒng)和智能系統(tǒng)四部分組成。圖 1-2 為工業(yè)機械手的典型結(jié)構(gòu)，圖 1-3 為工業(yè)機械手的組成方框圖。 圖 1-2 工業(yè)機械手的典型結(jié)構(gòu) 第 9 頁圖 1-3 工業(yè)機械手的組成方框圖執(zhí) 行 機 構(gòu) （ 也 稱 操 作 機 ） 是 機 械 手 賴 以 完 成 工 作 任 務(wù) 的 實 體 ， 通 常 由 桿 件和 關(guān) 節(jié) 組 成 。 從 功 能 的 角 度 ， 執(zhí) 行 機 構(gòu) 可 分 為 ： 手 部 、 腕 部 、 臂 部 、 腰 部 和 基 座等 。工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)智能系統(tǒng)腕部腰部臂部基座部（固定或移動）電、液或氣驅(qū)動裝置單關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它信息交換計算機感覺裝置子視覺裝置子語言識別裝置手部第 10 頁手 部 又 稱 末 端 執(zhí) 行 器 ， 是 工 業(yè) 機 械 手 直 接 進 行 工 作 的 部 分 ， 可 以 是 各 種 夾持 器 。 有 時 人 們 也 把 諸 如 電 焊 槍 、 油 漆 噴 頭 等 劃 作 機 器 手 的 手 部 ； 腕 部 與 手 部相 連 ， 主 要 功 能 是 帶 動 手 部 完 成 預(yù) 定 姿 態(tài) ， 是 操 作 機 的 中 結(jié) 構(gòu) 最 為 復(fù) 雜 的 部 分 ；臂 部 用 以 連 接 腰 部 和 腕 部 ， 通 常 由 兩 個 臂 桿 （ 小 臂 和 大 臂 ） 組 成 ， 用 于 帶 動 腕 部做 平 面 運 動 ； 腰 部 是 連 接 臂 和 基 座 的 部 件 ， 通 常 是 回 轉(zhuǎn) 部 件 ， 腰 部 的 回 轉(zhuǎn) 運 動 加上 臂 部 的 平 面 運 動 ， 就 能 使 腕 部 做 空 間 運 動 。 腰 部 是 執(zhí) 行 結(jié) 構(gòu) 的 關(guān) 鍵 部 件 ， 它的 制 造 誤 差 、 運 動 精 度 和 平 穩(wěn) 性 ， 對 機 械 手 的 定 位 精 度 有 決 定 性 的 影 響 ； 基 座是 整 個 機 械 手 的 支 撐 部 分 ， 有 固 定 式 和 移 動 式 兩 種 。 該 部 件 必 須 有 足 夠 的 剛 度 和穩(wěn) 定 性 。工 業(yè) 機 械 手 的 驅(qū) 動 -傳 動 裝 置 包 括 驅(qū) 動 器 和 傳 動 機 構(gòu) 兩 個 部 分 ， 它 們 通 常 與執(zhí) 行 機 構(gòu) 連 成 一 體 。 傳 動 裝 置 常 用 的 有 諧 波 減 速 器 、 滾 珠 絲 杠 、 鏈 、 帶 以 及 各 種齒 輪 系 。 驅(qū) 動 器 通 常 有 電 機 （ 直 流 伺 服 電 機 、 步 進 電 機 、 交 流 伺 服 電 機 ） 、 氣或 氣 動 裝 置 ， 目 前 使 用 最 多 的 是 交 流 伺 服 電 機 ?？?制 系 統(tǒng) 一 般 有 控 制 計 算 機 和 伺 服 控 制 器 組 成 。 控 制 系 統(tǒng) 有 兩 種 方 式 。 一種 是 集 中 式 控 制 ， 即 機 械 手 的 全 部 控 制 由 一 臺 微 型 計 算 機 完 成 。 另 一 種 是 分 散（ 級 ） 式 控 制 ， 即 采 用 多 臺 微 機 來 分 擔(dān) 機 器 人 的 控 制 ， 如 當(dāng) 采 用 上 、 下 兩 級 微 機共 同 完 成 機 器 人 的 控 制 時 ， 主 機 常 用 于 負 責(zé) 系 統(tǒng) 的 管 理 、 通 訊 、 運 動 學(xué) 和 動 力 學(xué)計 算 ， 并 向 下 級 微 機 發(fā) 送 指 令 信 息 ； 作 為 下 級 從 機 ， 各 關(guān) 節(jié) 分 別 對 應(yīng) 一 個CPU， 進 行 插 補 運 算 和 伺 服 控 制 處 理 ， 實 現(xiàn) 給 定 的 運 動 ， 并 向 主 機 反 饋 信 息 。 根據(jù) 作 業(yè) 任 務(wù) 要 求 的 不 同 ， 機 械 手 的 控 制 方 式 又 可 分 為 點 位 控 制 、 連 續(xù) 軌 跡 控 制和 力 （ 力 矩 ） 控 制 。智 能 系 統(tǒng) 是 目 前 機 械 手 系 統(tǒng) 中 一 個 不 夠 完 善 但 發(fā) 展 很 快 的 子 系 統(tǒng) 。 它 可 分為 兩 個 部 分 ： 感 知 系 統(tǒng) 和 分 析 -決 策 智 能 系 統(tǒng) 。 前 者 主 要 靠 硬 件 （ 各 種 傳 感 器 ）實 現(xiàn) ;后 者 主 要 靠 軟 件 （ 如 專 家 系 統(tǒng) ） 實 現(xiàn) 。1.4 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 的 地 被 應(yīng) 用 。 在 機 械 工 業(yè) 中 ， 鑄 、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 理 。 其 他 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 。第 11 頁在 機 械 工 業(yè) 中 ， 應(yīng) 用 機 械 手 的 意 義 可 以 概 括 如 下 ：一 、 以 提 高 生 產(chǎn) 過 程 中 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 的 程 度 ， 從 而 可 以 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 和 降 低 生 產(chǎn) 成 本 。二 、 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 他 毒 性污 染 以 及 工 作 空 間 狹 窄 的 場 合 中 ， 用 人 手 直 接 操 作 是 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 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 輕 人 力 ， 并 便 于 有 節(jié) 奏 的 生 產(chǎn)應(yīng) 用 機 械 手 代 替 人 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) 的 工 作 ， 這 是 減 少 人 力 的 另 一 個 側(cè) 面 。 因 此 ， 在 自 動 化 機 床 的 綜合 加 工 自 動 線 上 ， 目 前 幾 乎 都 沒 有 機 械 手 ， 以 減 少 人 力 和 更 準(zhǔn) 確 的 控 制 生 產(chǎn) 的 節(jié)拍 ， 便 于 有 節(jié) 奏 的 進 行 工 作 生 產(chǎn) 。綜 上 所 述 ， 有 效 的 應(yīng) 用 機 械 手 ， 是 發(fā) 展 機 械 工 業(yè) 的 必 然 趨 勢 。第 12 頁第 二 章 紙 箱 碼 垛 機 器 人 用 氣 動 夾 具 設(shè) 計 總 體 方案 設(shè) 計本課題是一個用于紙箱碼垛機器人用氣動夾具的設(shè)計。本設(shè)計主要任務(wù)是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及氣動回路的設(shè)計。在本章中對機械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。因此，在機械手的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)是本次設(shè)計的主要任務(wù)。2.1機械手的座標(biāo)型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。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，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)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(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。2.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案確定為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時，使用夾持式手部;當(dāng)工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。考慮到機械手的通用性，同時由于被吸取的工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。按照吸取的工件的要求，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)。由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)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。考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制。當(dāng)機械手的動作流程改變時，只需改變 PLC 程序即可實現(xiàn)，非常第 13 頁方便快捷。2.3 機械手的主要參數(shù)確定機械手的最大吸取載荷是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動方式驅(qū)動，因此考慮吸取的物體不應(yīng)該太重，查閱相關(guān)機械手的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設(shè)計設(shè)計吸取的工件質(zhì)量為 5 公斤。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 。最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為 。sm/0.1s/90?平均移動速度為 。平均回轉(zhuǎn)速度為 。機械手動作時有啟動、停止過程sm/8.06?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(guān)，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(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 600mm,最大工作半徑約為 。手臂升降行程定為m140。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為 。m120 1?設(shè) 計 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 ：1、 載 重 ： 5Kg (夾 持 式 手 部 )2、 自 由 度 數(shù) ： 4 個 自 由 度3、 坐 標(biāo) 型 式 ： 圓 柱 坐 標(biāo)4、 最 大 工 作 半 徑 ： 1400mm5、 機 身 最 大 中 心 高 ： 1250mm6、 主 要 運 動 參 數(shù) ：手 臂 伸 縮 行 程 ： 1200mm 手 臂 伸 縮 速 度 ： 200mm/s機 身 升 降 行 程 ： 120mm 機 身 升 降 速 度 ： 100mm/s機 身 回 轉(zhuǎn) 范 圍 ： 0- 180° 機 身 回 轉(zhuǎn) 速 度 ： 90°/s第 14 頁2.4 機械手氣路回路設(shè)計機 械 手 氣 動 回 路 的 設(shè) 計 主 要 是 選 用 合 適 的 控 制 閥 ， 通 過 控 制 和 調(diào) 節(jié) 各 個 氣缸 壓 縮 空 氣 的 壓 力 、 流 量 和 方 向 來 使 氣 動 執(zhí) 行 機 構(gòu) 獲 得 必 要 的 力 、 動 作 速 度 和 改變 運 動 方 向 ， 并 按 規(guī) 定 的 程 序 工 作 ， 設(shè) 計 的 氣 動 回 路 圖 如 圖 2-2 所 示 。圖 2-2 機械手氣動回路圖本 設(shè) 計 的 氣 動 機 械 手 完 成 各 個 運 動 的 氣 缸 只 有 完 全 伸 出 和 完 全 縮 回 兩 個 狀 態(tài) ，選 擇 兩 位 五 通 換 向 閥 控 制 各 個 氣 缸 的 運 動 方 向 ， 氣 缸 的 進 出 口 回 路 各 設(shè) 置 一 個 單向 節(jié) 流 閥 ， 通 過 控 制 進 出 口 空 氣 流 量 的 大 小 來 控 制 氣 缸 執(zhí) 行 器 動 力 的 大 小 和 運 動速 度 。 設(shè) 計 中 采 用 PLC 控 制 機 械 手 實 現(xiàn) 各 種 規(guī) 定 的 預(yù) 定 動 作 ， 既 可 以 簡 化 控制 線 路 ， 節(jié) 省 成 本 ， 又 可 以 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 。第 15 頁第 三 章 紙 箱 碼 垛 機 器 人 用 氣 動 夾 具 設(shè) 計 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計3.1 末端執(zhí)行器設(shè)計（手部結(jié)構(gòu)）末 端 執(zhí) 行 器 是 裝 在 機 械 手 臂 的 末 端 處 ， 用 于 機 械 手 完 成 作 業(yè) 任 務(wù) 而 專 門 設(shè) 計的 裝 置 。 末 端 執(zhí) 行 器 種 類 繁 多 ， 與 機 械 手 的 用 途 密 切 相 關(guān) ， 根 據(jù) 其 用 途 ， 末 端執(zhí) 行 器 可 分 為 搬 運 用 、 加 工 用 和 測 量 用 等 種 類 。搬 運 用 末 端 執(zhí) 行 器 是 指 各 種 夾 持 裝 置 ， 用 來 吸 取 的 或 吸 附 被 搬 運 的 物 體 。加 工 用 末 端 執(zhí) 行 器 是 帶 有 噴 槍 、 焊 槍 、 砂 輪 、 銑 刀 等 加 工 工 具 的 機 器 人 附 加裝 置 ， 用 來 進 行 相 應(yīng) 的 加 工 作 業(yè) 。測 量 用 末 端 執(zhí) 行 器 是 裝 有 測 量 頭 或 傳 感 器 的 附 加 裝 置 ， 用 來 進 行 測 量 及 檢 驗作 業(yè) 。在 設(shè) 計 機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 時 ， 應(yīng) 注 意 以 下 問 題 ；1.機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 是 根 據(jù) 機 械 手 作 業(yè) 要 求 來 設(shè) 計 的 。 一 個 新 的 末 端 執(zhí) 行器 的 出 現(xiàn) ， 就 可 以 增 加 一 種 機 械 手 新 的 應(yīng) 用 場 所 。 因 此 ， 根 據(jù) 作 業(yè) 的 需 要 和 人們 的 想 象 力 而 創(chuàng) 造 的 新 的 機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 ， 將 不 斷 的 擴 大 機 械 手 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 。2.機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 的 重 量 、 被 吸 取 的 物 體 的 重 量 及 操 作 力 和 機 械 手 容 許的 負 荷 力 。 因 此 ， 要 求 機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 體 積 小 、 重 量 輕 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 。3.機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 的 萬 能 性 與 專 用 性 是 矛 盾 的 。 萬 能 末 端 執(zhí) 行 器 在 結(jié) 構(gòu) 上很 復(fù) 雜 ， 甚 至 很 難 實 現(xiàn) ， 例 如 ， 仿 人 的 萬 能 機 器 人 靈 巧 手 ， 至 今 尚 未 實 用 化 。 目前 ， 能 用 于 生 產(chǎn) 的 還 是 那 些 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 萬 能 性 不 強 的 機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 。 從 工業(yè) 實 際 應(yīng) 用 出 發(fā) ， 應(yīng) 著 重 開 發(fā) 各 種 專 用 的 、 高 效 率 的 機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 ， 加 之以 末 端 執(zhí) 行 器 的 快 速 更 換 裝 置 ， 以 實 現(xiàn) 機 械 手 多 種 作 業(yè) 功 能 ， 而 不 主 張 用 一 個萬 能 的 末 端 執(zhí) 行 器 去 完 成 多 種 作 業(yè) 。 因 為 這 種 萬 能 的 執(zhí) 行 器 的 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 且 造 價 昂貴 。4.通 用 性 和 萬 能 性 是 兩 個 概 念 ， 萬 能 性 是 指 一 機 多 能 ， 而 通 用 性 是 指 有 限 的第 16 頁末 端 執(zhí) 行 器 ， 可 適 用 于 不 同 的 機 械 手 ， 這 就 要 求 末 端 執(zhí) 行 器 要 有 標(biāo) 準(zhǔn) 的 機 械 接口 （ 如 法 蘭 ） ， 使 末 端 執(zhí) 行 器 實 現(xiàn) 標(biāo) 準(zhǔn) 化 和 積 木 化 。5.機 械 手 末 端 執(zhí) 行 器 要 便 于 安 裝 和 維 修 ， 易 于 實 現(xiàn) 計 算 機 控 制 。 用 計 算 機 控制 最 方 便 的 是 電 氣 式 執(zhí) 行 機 構(gòu) 。 因 此 ， 工 業(yè) 機 械 手 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 主 流 是 電 氣 式 ，其 次 是 氣 式 和 氣 壓 式 （ 在 驅(qū) 動 接 口 中 需 要 增 加 電 -液 或 電 -氣 變 換 環(huán) 節(jié) ） 。末 端 執(zhí) 行 器 即 機 械 手 手 爪 ， 多 為 雙 指 手 爪 。 按 手 指 的 運 動 方 式 ， 可 分 為 回轉(zhuǎn) 型 和 移 動 型 ， 按 夾 持 方 式 來 分 ， 有 外 夾 式 和 內(nèi) 撐 式 兩 種 。機 械 手 夾 持 器 （ 手 爪 ） 的 驅(qū) 動 方 式 主 要 有 三 種1.氣 動 驅(qū) 動 方 式 這 種 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 是 用 電 磁 閥 來 控 制 手 爪 的 運 動 方 向 ， 用 氣流 調(diào) 節(jié) 閥 來 調(diào) 節(jié) 其 運 動 速 度 。 由 于 氣 動 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 價 格 較 低 ， 所 以 氣 動 夾 持 器 在 工業(yè) 中 應(yīng) 用 較 為 普 遍 。 另 外 ， 由 于 氣 體 的 可 壓 縮 性 ， 使 氣 動 手 爪 的 吸 取 的 運 動 具有 一 定 的 柔 順 性 ， 這 一 點 是 吸 取 的 動 作 十 分 需 要 的 。2.電 動 驅(qū) 動 方 式 電 動 驅(qū) 動 手 爪 應(yīng) 用 也 較 為 廣 泛 。 這 種 手 爪 ， 一 般 采 用直 流 伺 服 電 機 或 步 進 電 機 ， 并 需 要 減 速 器 以 獲 得 足 夠 大 的 驅(qū) 動 力 和 力 矩 。 電 動 驅(qū)動 方 式 可 實 現(xiàn) 手 爪 的 力 與 位 置 控 制 。 但 是 ， 這 種 驅(qū) 動 方 式 不 能 用 于 有 防 爆 要 求 的條 件 下 ， 因 為 電 機 有 可 能 產(chǎn) 生 火 花 和 發(fā) 熱 。3.氣 驅(qū) 動 方 式 氣 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 傳 動 剛 度 大 ， 可 實 現(xiàn) 連 續(xù) 位 置 控 制 。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 手指 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 型 式 。 當(dāng) 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(dāng) 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(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 制 造 容 易 ，應(yīng) 用 廣 泛 。 移 動 型 應(yīng) 用 較 少 ， 其 結(jié) 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 龐 大 ， 當(dāng) 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(yīng) 不 同 直 徑 的 工 件 。3.1.1夾 持 式 手 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 要 素(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(yīng) 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 。第 17 頁(二 )手 指 間 應(yīng) 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(yīng) 保 證 工 件 能 順 利 進 入 或 脫 開 ， 若 夾 持 不 同 直 徑 的 工 件 ， 應(yīng) 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(zhǔn) 確 定 位為 使 手 指 和 被 夾 持 工 件 保 持 準(zhǔn) 確 的 相 對 位 置 ， 必 須 根 據(jù) 被 吸 取 的 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 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(dāng) 應(yīng) 盡 量使 結(jié) 構(gòu) 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 吸 取 的 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(jié) 構(gòu) 是 一 支 點 兩 指 回 轉(zhuǎn) 型 ， 由 于 工 件 多 為 圓 柱 形 ， 故 手 指 形 狀 設(shè) 計 成 V型 ， 其 結(jié) 構(gòu) 如 附 圖 所示 。第 18 頁圖 3-1 手 部 結(jié) 構(gòu) 圖由 于 其 工 件 重 量 G=5公 斤 ，V形 手 指 的 角 度 ， ,摩 擦 系 數(shù) 為?120??mRb24??10.?f(1)根 據(jù) 手 部 結(jié) 構(gòu) 的 傳 動 示 意 圖 ， 其 驅(qū) 動 力 為 :Rbp2?N(2)根 據(jù) 手 指 夾 持 工 件 的 方 位 ， 可 得 握 力 計 算 公 式 :)(5.0???tg第 19 頁)(25)42560. 'Ntg????所 以 Rbp)(245?(3)實 際 驅(qū) 動 力 :?21K?實 際1、 因 為 傳 力 機 構(gòu) 為 齒 輪 齒 條 傳 動 ， 故 取 ， 并 取 。 若 被 吸 取 的94.0??5.1?K工 件 的 最 大 加 速 度 取 時 ， 則 :ga3?12?gaK所 以 )(15694.025Np??實 際所 以 夾 持 工 件 時 所 需 夾 緊 氣 缸 的 驅(qū) 動 力 為 。N15632、 氣 缸 的 直 徑本 氣 缸 屬 于 單 向 作 用 氣 缸 。 根 據(jù) 力 平 衡 原 理 ， 單 向 作 用 氣 缸 活 塞 桿 上 的 輸 出推 力 必 須 克 服 彈 簧 的 反 作 用 力 和 活 塞 桿 工 作 時 的 總 阻 力 ， 其 公 式 為 :ztFPDF??421?式 中 : - 活 塞 桿 上 的 推 力 ， N- 彈 簧 反 作 用 力 ， Nt- 氣 缸 工 作 時 的 總 阻 力 ， NzF- 氣 缸 工 作 壓 力 ， PaP彈 簧 反 作 用 按 下 式 計 算 :)1(sGft??nDdf314Gf = 3148第 20 頁式 中 : - 彈 簧 剛 度 ， N/mfG- 彈 簧 預(yù) 壓 縮 量 ， m1- 活 塞 行 程 ， ms- 彈 簧 鋼 絲 直 徑 ， m1d- 彈 簧 平 均 直 徑 ， .D- 彈 簧 有 效 圈 數(shù) .n- 彈 簧 材 料 剪 切 模 量 ， 一 般 取GPaG9104.7??在 設(shè) 計 中 ， 必 須 考 慮 負 載 率 的 影 響 ， 則 :?tFpD??421??由 以 上 分 析 得 單 向 作 用 氣 缸 的 直 徑 :??pt)(1?代 入 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) ， 可 得?fGnDd314843915)0(7??/6.mN)(sFft?)(6.2014373???所 以 : DpnFt?)??6105.).249(??)(23.65m?查 有 關(guān) 手 冊 圓 整 ， 得 m6由 ,可 得 活 塞 桿 直 徑 :.0/?d mDd5.193).02(???圓 整 后 ， 取 活 塞 桿 直 徑 校 核 ， 按 公 式18][)4/(21???dF有 : 5.0])[/14(??F?第 21 頁其 中 ， [ ] ，?MPa120?NF7501?則 : .0)/49(???d8.?滿 足 實 際 設(shè) 計 要 求 。3、 缸 筒 壁 厚 的 設(shè) 計缸 筒 直 接 承 受 壓 縮 空 氣 壓 力 ， 必 須 有 一 定 厚 度 。 一 般 氣 缸 缸 筒 壁 厚 與 內(nèi) 徑 之比 小 于 或 等 于 1/10， 其 壁 厚 可 按 薄 壁 筒 公 式 計 算 :][2??pDP?式 中 :6- 缸 筒 壁 厚 ， mm- 氣 缸 內(nèi) 徑 ， mm- 實 驗 壓 力 ， 取 , Papp5.1?材 料 為 :ZL3,[ ]=3MPa?代 入 己 知 數(shù) 據(jù) ， 則 壁 厚 為 :2/?pDP?)(5.6)103(65m??取 ， 則 缸 筒 外 徑 為 :7?? )(8025.761mD???3.2 機械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計手 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(yīng) 復(fù) 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(guān) 。 由 于 本機 械 手 吸 取 的 工 件 是 水 平 放 置 ， 同 時 考 慮 到 通 用 性 ， 因 此 給 手 腕 設(shè) 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(gòu) ， 應(yīng) 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(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 但 回 轉(zhuǎn) 角 度 小 于 ，?360并 且 要 求 嚴 格 的 密 封 。3.2.1 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 須克 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) 動第 22 頁軸 線 不 重 合 所 產(chǎn) 生 的 偏 重 力 矩 .圖 3-1所 示 為 手 腕 受 力 的 示 意 圖 。圖 3-1 手 腕 回 轉(zhuǎn)3.2.2 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 3-2所 示 ， 定 片 1與 缸 體 2固 連 ， 動 片 3與 回 轉(zhuǎn) 軸 5固 連 。 動 片 封 圈 4把 氣 腔分 隔 成 兩 個 .當(dāng) 壓 縮 氣 體 從 孔 a進 入 時 ， 推 動 輸 出 軸 作 逆 時 4回 轉(zhuǎn) ， 則 低 壓 腔 的氣 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(guān) 系 為 :, 或 2)(rRp??)(2rRbMp