1、前 言 PLC以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強和價格低廉等特點，在機械制造、冶金等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。用PLC控制系統(tǒng)代替體積大、投資大、耗能大的繼電器接觸器系統(tǒng)，是今后控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。因為在舊有的機床中,其電氣控制多為繼電控制。而在繼電控制中,接觸觸點多,所以故障也多,操作人員維修任務(wù)較大,機械使用率較低。我們對這些機床用PLC改造其繼電器控制電路,克服了以上缺點,降了設(shè)備故障率,提高了設(shè)備使用。 這篇畢業(yè)設(shè)計是論述對機械手的設(shè)計及功能作用。但由于時間、實踐論證及自身知識水平的限制，存有很多的不足之處，希望老師給予指正和批評。第一章

2、緒 論1.1機械手概述工業(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(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)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(shè)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(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)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

3、，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)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(jìn)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(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)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(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(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄

4、、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(jié)構(gòu)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(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)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(yīng)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(gòu)、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(guān)系如方框圖2-1所示。圖1-1機械手的組成方框圖(一)執(zhí)行機構(gòu)包括手

5、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。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(jié)構(gòu)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

6、構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多，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。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據(jù)特殊需要，

7、手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.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抓取物件，并按預(yù)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(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)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。手臂可能實現(xiàn)的運動如下:手臂在進(jìn)行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和

8、扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。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。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。5、行走機構(gòu)當(dāng)工業(yè)機械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。6、機座機座是機械手的基礎(chǔ)部分

9、，機械手執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(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、電力傳動和機械傳動。(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?？刂葡到y(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(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤

10、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(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。1.2.2機械手的分類工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)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(jié)構(gòu)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)，如自動機床、自動線的上、下料機械

11、手和“加口工中心”附屬的自動換刀機械手。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。在規(guī)格性能范圍內(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(guān)”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)軌跡控制，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(gòu)運動的機械手。其主要

12、特點是:抓重可達(dá)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(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)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(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，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(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)

13、境中進(jìn)行工作。3、機械傳動機械手即由機械傳動機構(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(zhǔn)確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下料。4、電力傳動機械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進(jìn)電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手，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(hù)和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。第二章機械手的設(shè)計方案對氣動機械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反

14、應(yīng)、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(shè)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jìn)一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)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(shè)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(shè)備，動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大

15、和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。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圖2-1所示為機械手的手指、手腕、手臂的運動示意圖。圖 2-1 機械手的運動示意圖2.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計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(fù)壓式吸盤。2.3 機械手的

16、手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)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(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。2.4 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)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)和升降(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(shè)計由于氣壓傳動系統(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。2.6 機械手的控制方案設(shè)計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

17、編程序控制器 (PLC)對機械手進(jìn)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)，非常方便快捷。2.7機械手的主要參數(shù)1、主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。故該機械手主參數(shù)定為10公斤，高速動作時抓重減半。使用吸盤式手部時可吸附5公斤的重物。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1.2m/s，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為1200/s，平均移動速度為lm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為900/s。機械手動作

18、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(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1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應(yīng)大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機械手設(shè)計成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴(kuò)大了它的使用范圍。手臂

19、升降行程定為150mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為土0.5lmm2.7機械手的主要參數(shù)一、用途:用于 100 噸以上沖床上下料。二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):1、抓重 10公斤 (夾持式手部) 5公斤 ( 氣流負(fù)壓式吸盤)2、自由度數(shù) 4個自由度3、座標(biāo)型式 圓柱座標(biāo)4、最大工作半徑 1500mm5、手臂最大中心高 1380mm6、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907、手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 0 180 回轉(zhuǎn)速度 180/s8、手指夾持范圍 棒料 : 80150mm 片料 :

20、面 積不大于0.5m Z9、定位方式 行程 開 關(guān) 或可調(diào)機械擋塊等10、定位精度 士0.5mml1,緩沖方式 液壓緩沖器12.驅(qū)動方式 氣壓傳 動13、控制方式 點位程序控制(采用PLC)圖2- 6機械手的工作范圍第三章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計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(fù)壓式吸盤。3.1.1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(jìn)型)，其中以

21、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?；剞D(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。3.1.2設(shè)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(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。(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

22、開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)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

23、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.3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計1、手部驅(qū)動力計算本課題氣動機械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-2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 。圖3-2 齒輪齒條式手部(1) 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: (2) 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式: 所以：=490（N）(3) 實際驅(qū)動力: 因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取=0.94 ，并取=1.5.若被抓取工件的最大加速度取a=g 時，則: 所以： 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為

24、1563N。2、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: 式中: 活塞桿上的推力，N彈簧反作用力，N氣缸工作時的總阻力，NP氣缸工作 壓力，Pa彈簧反作用按下式計算: 式中: 彈簧剛度，N/mL 彈簧預(yù)壓縮量，mS活塞行程，md彈簧鋼絲直徑，mD彈簧平均直徑，mD彈 簧外徑，m 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)計中，必須考慮負(fù)載率幾的影響，則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得： 所以： 查有關(guān)手冊圓整，得D=65 mm由d/D=

25、O.20.3， 可得活塞桿直徑:d=(0.20.3)D=1319.5 mm圓整后，取活塞桿直徑d=18 mm校核，按公式有: 其中=120MPa, F=750N則:d (4490/120)=2.28 18滿足設(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: 式中: 6 缸筒壁厚 mmD氣缸內(nèi) 徑 ，咖P實驗壓力，取P=1.5PPa材料為 : ZL3, =3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: = =6.5 mm取=7.5 mm，則缸筒外徑為:D=65+7.52 =80 mm。3.2氣流負(fù)壓式吸盤氣流負(fù)壓式吸

26、盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負(fù)壓將工件吸住。它適用于搬運一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更為明顯。氣流負(fù)壓式與鉗爪式手部相比較，氣流負(fù)壓式手部具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，表面吸附力分布均勻，但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。按形成負(fù)壓(或真空)的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機械手中，擬采用噴射式氣流負(fù)壓吸盤。圖 3- 3 噴 射 氣 流 原 理 圖噴射式氣流負(fù)壓吸盤的工作原理如圖3-3所示，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，單位時間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴的每一個

27、截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡單的情況下，低流速(高壓強)截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積，而高流速(低壓強)截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處A進(jìn)入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動方向截面收縮到最小處X時即臨界面積)，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即= 0.52 8P,。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴(kuò)段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負(fù)壓。當(dāng)在C處連接橡膠皮腕

28、吸盤，即可吸住工件。圖 3- 4 所示為可調(diào)的噴射式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)圖。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當(dāng)間隙太小時，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率;當(dāng)間隙太大時，離噴射氣體越遠(yuǎn)的氣體被帶著向前運動的速度就越低，同時間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié)， 以便噴嘴有效地工作。在圖3-4中，噴嘴5與噴嘴套6的相對位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小。1. 株膠吸盤2.吸盤芯子3.通氣壞打4.吸盤體5.噴嘴6.噴嘴套圖 3- 4

29、 可 調(diào)噴 射 式 負(fù) 壓 吸 盤 結(jié)構(gòu)下面計算吸盤的直徑.吸盤吸力的計算公式為: P= 式中:P吸盤吸力(N)，本機械手的吸盤吸力為50N，故P=50N;D吸盤直徑 (cm).N分吸盤數(shù)量，本機械手吸盤數(shù)量為1;吸盤吸附工件在起動時的安全系數(shù)，可取K,月2-2，在此取=1.5工作情況系數(shù)。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些;若裝有分料器 ， 則 吸附力就可小些。另外工件從模具取出時，也有摩擦力的作用， 同 時 還應(yīng)考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產(chǎn)生的慣性力影第四章手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計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

30、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)。由于本機械手抓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。4.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算4.2.1手腕轉(zhuǎn)動時所愉的驅(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。1.工件 2.手部 3.手腕圖4-1 手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕

31、轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算:M= M+ M+ M+Mcm (4-1)式中 : M驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(Kgcm);M 慣性力矩(Kgcm);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 (Kgcm),.M 手 腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kgcm);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 (Kgcm );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，起動過程所用的時間為t，則: M= (N.cm)若手

32、腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所轉(zhuǎn)過的角度為，則: M= (N.cm)式中: J參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ncms);J工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ncms);。若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量J,為: J工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ncms);G工件的重量(N);工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm)-,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=式中 : G手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N);e手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm).當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則=0 .

33、3、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩M M=式中: d、d手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm);f軸承摩擦系數(shù)，對于滾動軸承f=0.01 ，對于滑動軸承f=0.1;R、R軸頸處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù)得:Rl+Gl=Gl+ Gl同理，根據(jù)得: R=式中: G手部的重量(N)1、1、l、l如圖4-1所示的長度尺寸(cm).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(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。4.2.2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，它的二理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉(zhuǎn)軸

34、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(jìn)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J氣缸的壓力p和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為: 或： 圖4-2 回轉(zhuǎn)氣缸簡圖第五章手臂結(jié)構(gòu)設(shè)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)和升降(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)。5.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分5.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計手臂的伸縮是直線運動，實現(xiàn)直線往復(fù)運動采用的是氣壓驅(qū)動的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時

35、 ， 氣 壓驅(qū)動的機械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。在本機械手中，采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。該機 械 手 的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過程描述如下:手臂主要由雙作用式氣缸1、導(dǎo)向桿2、定位拉桿3和兩個可調(diào)定位塊4等組成。雙作用式氣缸1的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔c,

36、e進(jìn)入雙作用式氣缸1的兩腔時，空心活塞套桿6帶動手腕回轉(zhuǎn)缸5和手部一同往復(fù)移動。在空心活塞套桿6中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸1缸體上方裝置著導(dǎo)向桿2，用它防止活塞套桿6在做伸縮運動時的轉(zhuǎn)動，以保證手部的手指按正確的方向運動。為了保證手嘴伸縮的快速運動。在雙作用式氣缸1的兩個接氣管口c, e出分別串聯(lián)了快速排氣閥.手臂伸縮運動的行程大小，通過調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊4的位置而達(dá)到。手臂伸縮運動的緩沖采用液壓緩沖器實現(xiàn).手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸5實現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構(gòu)見A-A剖面;在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手

37、腕回轉(zhuǎn)氣缸的;d是接到手部夾緊氣缸的。直線氣缸1內(nèi)的三根氣管采用了伸縮氣管結(jié)構(gòu)，其特點是機械手外觀清晰、整齊，并可避免氣管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿6做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運動速度。5.導(dǎo)向裝置氣壓驅(qū)動的機械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。目前常采用的導(dǎo)向

38、裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機械手中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。5.1.2手臂伸縮驅(qū)動力的計算手臂作水平伸縮時所需的驅(qū)動力: 圖4-3 手嘴伸出時的受力狀態(tài)圖4- 3 所示為活塞氣缸驅(qū)動手臂前伸時的示意圖。在單桿活塞氣缸中，由于氣缸的兩腔有效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅(qū)動力和壓力之間的關(guān)系式不一樣。當(dāng)壓力油(或壓縮空氣)輸入工作腔時，驅(qū)使手臂前伸(或縮回)，其驅(qū)動力應(yīng)克服手臂在前伸(或縮回)起動時所產(chǎn)生的慣性力，手臂運動件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓)所造成的阻力，因此，驅(qū)動力計算公式為:P驅(qū) = P慣 + P摩 + P密 + P背 N （

39、5-1）式中:P慣手伶在起動過程中的慣性力(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背氣 缸 非工 作腔壓力(即背壓)所造成的阻力(N)，若非工作腔與 油箱或大氣相連時，則 P背 =0 。5.2手臂升降和回轉(zhuǎn)部分5.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計其結(jié)構(gòu)如附圖所示。手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱1、升降缸活塞軸2、升降缸體3,碰鐵4、可調(diào)定位塊5、定位拉桿6、緩沖撞鐵7、定位塊聯(lián)接盤13和導(dǎo)向桿14等組成。轉(zhuǎn)柱1上鉆有a, b, c, d, e和f六條氣路，在轉(zhuǎn)柱上端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸(用a

40、, b氣路)，手部夾緊氣缸(用d氣路)和手臂伸縮氣缸(用c, e氣路)，轉(zhuǎn)柱下端的f氣路，將壓縮空氣引到升降缸上腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動升降缸體3上升，并由兩個導(dǎo)向桿14進(jìn)行導(dǎo)向，同時碰鐵4隨升降缸體3一同上移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊5后，即帶動定位拉桿6,緩沖撞鐵7向上移動碰觸升降用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。當(dāng)J, K兩面接觸時而定位。上升行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊5來實現(xiàn)。最大可調(diào)行程為170mm,緩沖行程根據(jù)抓重和手臂移動速度的要求亦可調(diào)整，其范圍為15-30mm,故上升行程最大值為200mm。手臂下降靠自重實現(xiàn)。實現(xiàn)機械手手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳

41、動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。在本機械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體10、轉(zhuǎn)軸11(它與動片焊接成一體，見E-E剖面)、定片12、回轉(zhuǎn)定位塊8、回轉(zhuǎn)中間定位塊9和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器(此部件位置參見附圖)等組成。當(dāng)壓縮空氣通過管路分別進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時，推動動片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過平鍵而帶動升降氣缸活塞軸、定位塊聯(lián)接盤、導(dǎo)向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)柱等同步回轉(zhuǎn)。因轉(zhuǎn)柱和手臂用螺栓連接，故手胃亦作回轉(zhuǎn)運動。手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來密封，密封性能較好，對氣缸孔的機械加工精度也易于保證。手臂回轉(zhuǎn)運動采用多點定位緩沖裝置，其工作原理見回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器部分。手臂回轉(zhuǎn)角度的大小，通過調(diào)整兩

42、塊回轉(zhuǎn)定位塊8和回轉(zhuǎn)中間定位塊9的位置而定。5.3手臂伸縮氣缸的設(shè)計1驅(qū)動力計算 根據(jù)手臂伸縮運動的驅(qū)動力公式:F=Ff + 其中，由于手臂運動從靜止開始，所以v=v, 摩攘系數(shù):設(shè)計氣缸材料為ZL3，活塞材料為45鋼，查有關(guān)手冊可知f=0.17.質(zhì)量計算:手臂伸縮部分主要由手臂伸縮氣缸、手臂回轉(zhuǎn)氣缸、夾緊氣缸、手臂伸縮用液壓緩沖器、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)中國煙臺氣動元件廠的產(chǎn)品樣本可估其質(zhì)量，同時測量設(shè)計的有關(guān)尺寸，得知伸縮部分夾緊物體時其質(zhì)量為70kg，放松物件后其質(zhì)量為55kg.接觸面積:S=O.5m2則上料時： F=F + = =1540（N） 下料時： F=F

43、 + = =935(N) 考慮安全因素，應(yīng)乘以安全系數(shù)K=1.2則上料時: F=15401.2=1850 (N)下料時: F=9351.2=1120 (N)2、氣缸的直徑根據(jù)雙作用氣缸的計算公式: 其中: F活塞桿伸出時的推力，NF活塞桿縮入時的拉力d活塞直徑，mm P氣缸工作壓力，Pa代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 = =108.5(mm)當(dāng)拉力做功時:D=(1.011.09)(4F/=(1.011.09) =92.12(mm) 圓整后，取D=100mm 3、活塞桿直徑的計算根據(jù)設(shè)計要求,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.校

44、核如下:(按縱向彎曲極限力計算)氣缸承受縱向推力達(dá)到極限力F以后，活塞桿會產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。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。該極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。有關(guān)公式為: 式中: L活塞桿計算長度，mK活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，空心桿，md空心活塞桿內(nèi)孔直徑，mA活塞桿橫截面面積，空心桿，mf材料強度實驗值，對鋼取f=2.110Paa系數(shù)，對鋼a=1/5000代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: = =573(KN)推力負(fù)載為: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得: = =3142(N) 所以，安全。設(shè)計符合要求。4,缸筒壁厚計算根據(jù)公式：式中P為實驗壓力，取P=1.5

45、P=0.610Pa材料為ZL3，則=3MPa，則： = =10 mm 取12 mm.5.4手臂伸縮、升降用液壓緩沖器手劈伸縮 、升降用的是兩級節(jié)流阻尼的液壓緩沖器，其工作原理相同，結(jié)構(gòu)略有差異，手臂伸縮用液壓緩沖器結(jié)構(gòu)和工作原理如附圖所示。在緩沖器缸體1上，裝置了可調(diào)節(jié)流閥a和b，每個節(jié)流閥各自并聯(lián)兩只單向閥組成第一級緩沖油路，由可調(diào)節(jié)流閥c單獨組成第二級緩沖油路。當(dāng)手臂運動到定位前的減速位置時(對于伸縮運動定位前的20-40mm;對于升降運動定位前的15-30mm)，運動部件接觸緩沖器油缸的活塞桿5，使油缸左腔里的油液通過節(jié)流閥a、單向閥d, e(見原理圖)流到油缸的右腔，油液受阻產(chǎn)生阻力抵

46、消運動件(手臂)的部分驅(qū)動力和慣性力，使手臂減速運動。當(dāng)活塞桿5的活塞堵住油口A時，左腔的油液經(jīng)油口B和節(jié)流閥c流到右腔，油液繼續(xù)受阻，手胃繼續(xù)減速并最后定位。緩沖器的級沖行程范圍為0-39mm(第一級緩沖行程范圍為。-28mm;第二級緩沖行程范圍為28-39mm)。第一級緩沖的阻尼力可分別調(diào)節(jié)節(jié)流閥a, b來實現(xiàn)，第二級緩沖的阻尼力可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥c來實現(xiàn)(見緩沖工作原理圖)。當(dāng)緩沖行程為30mm時，該緩沖器可以達(dá)到平均減速度約為24m/s2，阻尼時間約為0.03s.第六章氣動系統(tǒng)設(shè)計6.1氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖圖6- 1所示為該機械手的氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(排氣壓力

47、大于0.40.6M Pa) 通過快換接頭進(jìn)入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。圖6-1 機械手氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖各執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)速，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快起動速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進(jìn)氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，

48、各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。第七章機械手的PLC控制設(shè)計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(jìn)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)，非常方便快捷。7.1 可編程序控制器的選擇及工作過程7.1.1 可編程序控制器的選擇目前 ，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中

49、選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。7.1.2 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為4個階段。第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時， CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。第二階段是

50、處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)

51、暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。7.2可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對象(機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常以七個步驟進(jìn)行:(1)系統(tǒng)設(shè)計即確定被控對象的動作及動作順序。(2) I/0分配 即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號;哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應(yīng)的輸出端號.此外，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要進(jìn)行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號來識別信號的。(3)畫梯形圖 它與

52、繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器(LCD或CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 (4)助記符機器程序 相當(dāng)于微機的助記符程序，是面向機器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同)，用簡易編程器時，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。(5)編制程序即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進(jìn)行。(6)調(diào)試程序即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設(shè)計(包括畫梯形圖、助記符程序、

53、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進(jìn)行。如IBM-PC機，只要這個機器配有相應(yīng)的軟件。(7)保存程序調(diào)試通過的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盤上備用。7.3機械手可編程序控制器控制方案1、系統(tǒng)簡介控制對象為圓柱座標(biāo)氣動機械手。它的手臂具有三個自由度，即水平方向的伸、縮;豎直方向的上、下;繞豎直軸的順時針方向旋轉(zhuǎn)及逆時針方向旋轉(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置機械手，還可完成抓、放功能。 這樣 ，可用PLC的8個輸出端與電磁閥的8個線圈相連，通過編程，使電磁閥各線圈按一定序列激勵，從而使機械手按預(yù)先安排的動作序列工作.如果欲改變機械手的動作，不需改變接線，只需將程序中動作代碼及順序稍加修改即可。另外 ，除抓放外，其余六個動作末端均放置一限位開關(guān)，以檢測動作是否到位，如果某動作沒有到位，則出錯指示燈亮。2、工業(yè)機械手的工作流程此機械手用于沖床的上下料。當(dāng)按下機械手啟動按鈕之后，機械手