PAGE5小型氣動機(jī)械手的設(shè)計(jì)摘要：本文主要進(jìn)行了氣動機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動設(shè)計(jì)。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)由氣缸、氣爪和連接件組成，可按預(yù)定軌跡運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對工件的抓取、搬運(yùn)和卸載。氣動部分的設(shè)計(jì)主要是選擇合適的控制閥，設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)獲得必要的力、動作速度和改變運(yùn)動方向，并按規(guī)定的程序工作。氣動機(jī)械手作為機(jī)械手的一種,它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：氣動機(jī)械手；氣缸；控制閥；回路；設(shè)計(jì)DesignofSmallPneumaticManipulatorAbstract:Thisarticlemainlyhascarriedontheoverallstructuraldesignandaerodynamicdesignofpneumaticmanipulator.Robotmechanicalstructureiscomposedofacylinder,apneumaticclawandaconnectingpiece,accordingtoapredeterminedtrajectory,onaworkpiecegripping,conveyingandunloading.Pneumaticmainpartofthedesignistochooseappropriatecontrolvalve,therationaldesignofpneumaticcontrolcircuit,thecontrolandregulationofeachcylinderofcompressedairpressure,flowanddirectiontothepneumaticactuatortoobtainthenecessaryforce,speedofactionandchangethedirectionofmovement,andaccordingtotheprescribedprocedureswork.Pneumaticmachineryasamanipulator,whichhastheadvantagesofsimplestructure,lightweight,quickaction,stable,reliable,energysavingandnopollutiontoenvironmenthasbeenwidelyused.Keywords:Pneumaticmanipulator;cylinder;controlvalve;Circuit;thedesign1前言機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)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(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)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(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點(diǎn)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(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)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(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)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)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)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(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)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(diǎn)，因此，機(jī)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(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)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(jī)器，它有多自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。氣動機(jī)械手作為機(jī)械手的一種,它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。氣動機(jī)械手強(qiáng)調(diào)模塊化的形式,現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動機(jī)械手在控制方面采用了先進(jìn)的閥島技術(shù)(可重復(fù)編程等),氣動伺服系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)任意位置上的精確定位),在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。90年代初,由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Y.Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開發(fā)研制的電子氣動機(jī)器人——“阿基里斯”六腳勘探員,是氣動技術(shù)、PLC控制技術(shù)和傳感技術(shù)完美結(jié)合產(chǎn)生的“六足動物”。6個腳中的每一個腳都有3個自由度,一個直線氣缸把腳提起、放下,一個擺動馬達(dá)控制腳伸展/退回運(yùn)動,另一個擺動馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的氣動攀墻機(jī)器人,它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體,成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。Tron-X電子氣動機(jī)器人,能與人親切地握手,它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運(yùn)動,并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下(或通過自身的兩手指張開和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(jìn)入或脫開，夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。（3）保證工件準(zhǔn)確定位；在設(shè)計(jì)的過程中總會出現(xiàn)些許偏差，所以在選用配合的時候都采用IT8級，能滿足工件的定位。（4）具有足夠的強(qiáng)度和剛度；手部的材料通常采用強(qiáng)度和剛度都要同時能滿足抓取物件的大小，但同時也考慮到是氣壓傳動，力比較小，所以不會采用鋼材類等。（5）考慮被抓工件的形狀要求。3.2手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)本機(jī)械手的使用范圍，本機(jī)械手采用手指式機(jī)械手部。根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便如圖1。圖1齒輪齒條式手部Fig1Thehandofgearwheel之所以不選用平行開閉手指是因?yàn)槠渌鶌A緊的工件直徑較大，開閉行程比較難滿足。3.3手部的計(jì)算3.3.1手指夾緊力的計(jì)算手指夾在工件上的夾緊力時設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，一般來說手指對工件的夾緊力可按下式計(jì)算：（1）式中：——安全系數(shù)，有機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定，通常在1.2~2.0，故取1.5；——工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，計(jì)算最大加速度，得出工件情況系數(shù)，=1+a/g=1+[(200/100-0)/10]/10=1.02，故取1；——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及工件位置不同進(jìn)行選定，，摩擦系數(shù),故取3?！蛔ト〉墓ぜ闹亓縆g詳細(xì)D=W=G圖=紙：三二③1爸爸五四0六全套資料低拾10快起所以。3.3.2驅(qū)動力計(jì)算根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為：（2）由圖3-2可知，b=120mm,R=24mm,故=90N實(shí)際驅(qū)動力：（3）因?yàn)?級精度的齒輪傳動的效率，，。所以N所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為139.2N。3.3.3氣壓缸直徑計(jì)算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：（4）式中：——活塞桿上的推力，N——彈簧反作用力，N——?dú)飧坠ぷ鲿r的總阻力，N——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa。彈簧反作用力計(jì)算如下：式中：——彈簧剛度，N/m——彈簧預(yù)壓縮量，m——活塞行程，m——彈簧鋼絲直徑，m——彈簧平均直徑，m——彈簧外徑，m——彈簧有效圈數(shù)，——彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，故：（5）由以上分析得單向作用氣缸的直徑: （6）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得：==3677.46(/m)=3677.4660=220.6(N)所以可得到==39.08(mm)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（氣壓傳動）》表22-1-20，得D=40mm由[2]d/D=0.3~0.5，可得活塞桿直徑：d=(0.3~0.5)D=12~20mm故取活塞桿直徑d=18mm校核，按公式：化簡得其中，則：=1.2218所以滿足活塞桿設(shè)計(jì)要求。3.3.4缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣壓缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，由于D/,故其壁厚可按厚壁筒公式[1]計(jì)算:（7）式中——缸筒壁厚mmD——?dú)飧變?nèi)徑mmP——實(shí)驗(yàn)壓力，取P=1.5P，Pa缸筒應(yīng)采用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)本設(shè)計(jì)采用材料：ZL303n為安全系數(shù)，一般取5。=0.456（mm）故取，則缸筒外徑為40+2.52=45mm。4腕部的設(shè)計(jì)4.1腕部的基本要求考慮到機(jī)械手的通用性，同時由于被抓取工件的位置是水平放置的，因此必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可能滿足工作的要求。換句話說，為了使手部出于空間任意方向，要求腕部能分別對空間三個坐標(biāo)軸X、Y、Z實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。設(shè)計(jì)時主要要注意以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)盡量緊湊以減輕重量；（2）轉(zhuǎn)動的靈活性及密封性；（3）考慮通向手部油路的配置。4.2腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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，因而它具備有獨(dú)立的自由度，使得機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。由于本機(jī)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)計(jì)一繞X軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動才可以滿足工作的要求，目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)氣缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于360度，并且要求嚴(yán)格的密封。圖2手腕回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)1-工件2-手部3-手腕Fig2Thestressstateofwristrotation1-the2-hand3-wrist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已經(jīng)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。如圖2。4.3腕部的計(jì)算4.3.1驅(qū)動力計(jì)算手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按[1]下式計(jì)算： (8)式中：——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(Ncm)——慣性力矩(Ncm)——偏重力矩(Ncm)——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(Ncm)。根據(jù)圖4-2所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算：（1）若手腕起動過程按等加速運(yùn)動，手腕角速度為，起動過程所用的時間為，則： (Ncm) (9)式中：——參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N）——工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N）——手腕轉(zhuǎn)動時的角速度（弧度/S）——起動過程所需的時間（s）若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為： (10)式中：——工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N）——工件的重量(N)——工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm)（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(Ncm)(11)式中：——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(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則。手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩(Ncm)式中：——轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑（cm）——摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承——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)，得：同理，根據(jù)，得： (12)式中：——手部的重量(N)——長度尺寸（cm）。4.3.2氣壓缸壓力驗(yàn)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)液壓缸，它的原理如圖3所示。圖3回轉(zhuǎn)氣缸Fig3Rotarycylinder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)液體從孔a進(jìn)入時，推動輸出軸作逆時4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的液體從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。葉片J氣缸的壓力p和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為:或 (13)式中：M——回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩(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——動片寬度(cm)。氣缸長度設(shè)計(jì)為b=100mm，氣缸內(nèi)徑為，半徑R=48mm，軸徑mm,半徑R=13mm,氣缸運(yùn)行角速度，加速度時間，壓強(qiáng)p=0.4MPa,則力矩：==32.6(N﹒m)測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量：(14)==0.0125(kg)工件的質(zhì)量為2kg,質(zhì)量分布于長玻璃杯上，那么轉(zhuǎn)動慣量：(15)==0.0066（kg）假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長的玻璃杯來說，最大偏心距，其轉(zhuǎn)動慣量為：(16)=0.0066+2=0.0117（kg）(17)=(0.0125+0.0117)=21.8(N)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，考慮手腕動作重心與轉(zhuǎn)動軸線重合，，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線=50mm，則有：(18)=2=1(N)(3)手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對于滾動軸承，滑動軸承，為手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑，，為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì)。(19)==0.15（N）(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，與選用的密封裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。此處粗略估計(jì)為的3倍，則有：=3(20)=3=0.15（N）故=21.8+1+0.05+0.15=23（N）因?yàn)樗詽M足設(shè)計(jì)要求。5臂部的設(shè)計(jì)5.1臂部的基本要求臂部是支撐手部和腕部的，主要用來改變工件位置的部件。手部在空間的活動范圍主要取決于臂部的運(yùn)動形式。臂部的運(yùn)動與結(jié)構(gòu)形式對機(jī)械手的工作性能有著重大的影響。其基本要求有：(1)剛度要好手臂的截面形式要選擇合理，常用鋼管作手臂和導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板，以保證有足夠的剛度。(2)偏重力矩要小所謂偏重力矩是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。(3)重量要輕，慣性要小由于機(jī)械手在高速的情況下經(jīng)常啟停和換向，為了減少沖擊，必須設(shè)有緩沖裝置。(4)導(dǎo)向性要好為了防止手臂在直線移動中沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對運(yùn)動，保證手部的正確方向，必須設(shè)有一導(dǎo)向裝置。其結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式、抓取重量和運(yùn)動行程等因素來確定。5.2臂部的具體設(shè)計(jì)方案常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：(1)雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)；(2)手臂的典型運(yùn)動形式有：直線運(yùn)動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運(yùn)動，如直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動組合，兩直線運(yùn)動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)；(3)雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)；(4)活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。在本次設(shè)計(jì)手臂伸縮氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參考各種型號的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，氣缸采用CTA系列的伸縮氣缸。初選內(nèi)徑80/50，故mm，R=25mm,設(shè)計(jì)所使用的壓強(qiáng)P=0.4MPa。5.3手臂伸縮的計(jì)算手臂伸縮時需要克服摩擦力和慣性力，其驅(qū)動力可按下式[1]計(jì)算：(21)式中：——摩擦阻力包括導(dǎo)軌支承間的摩擦阻力；活塞與氣缸及密封處的摩擦阻力——起動過程的慣性力；其大小按下式[1]估算 (22)式中：G——手臂移動部件的總質(zhì)量kgfg——重力加速度——手臂運(yùn)動速度t——起動時所需的時間s一般t=0.01s~0.5sK——摩擦系數(shù)，一般k=0.2，故：==180（N）液壓缸實(shí)際驅(qū)動力==785（N）因?yàn)镕>故滿足設(shè)計(jì)要求。5.4手臂升降的計(jì)算5.4.1尺寸設(shè)計(jì)氣缸運(yùn)行長度設(shè)計(jì)為，氣缸內(nèi)徑為，半徑R=31.5mm，氣缸運(yùn)行速度，加速度時間，設(shè)計(jì)壓強(qiáng)P=0.4MPa，則驅(qū)動力為：==1246.3（N）5.4.2尺寸校核升降運(yùn)動時，活塞氣缸的驅(qū)動力可按下式[1]計(jì)算(23)式中：——各個支撐處的摩擦力kgf——啟動時慣性力kgfW——運(yùn)動部件（包括手部、腕部、工件等的總重量）kgf——上升時為正，下降時為負(fù)取0.5，代人數(shù)據(jù)可得：===因?yàn)楣仕O(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。5.5手臂回轉(zhuǎn)氣缸的計(jì)算5.5.1尺寸設(shè)計(jì)氣缸長度設(shè)計(jì)為b=120mm,氣缸內(nèi)徑為，半徑R=105mm，軸徑，半徑R=20mm，氣缸運(yùn)行角速度，加速度時間，壓強(qiáng)P=0.4MPa。則力矩：==（N）5.5.2尺寸校核腕部回轉(zhuǎn)時驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算：式中：——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(Ncm)——慣性力矩(Ncm)——偏重力矩(Ncm)——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(Ncm)。（1）測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量：==0.5(kg)=90（N）（2）手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩，考慮動件重心與轉(zhuǎn)動軸線重合，故，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線，故：=100=50（N）轉(zhuǎn)動氣缸轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)k=0.2,故：=0.2（N）（N）則有：=90+50+18+54=212（N）因?yàn)楣驶剞D(zhuǎn)氣缸滿足設(shè)計(jì)要求。6氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1氣動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及選擇本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬坐標(biāo)式機(jī)械手。具有手臂伸縮，回轉(zhuǎn)，升降，手腕回轉(zhuǎn)四個自由度。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。設(shè)計(jì)要求：(1)滿足工業(yè)機(jī)械手動作順序要求。動作順序的各個動作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號控制相應(yīng)的電磁鐵，按程序依次步進(jìn)動作而實(shí)現(xiàn)；(2)機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)；(3)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動作邏輯要求，氣壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求和運(yùn)動時間要求。本次設(shè)計(jì)采用氣壓傳動的控制方式,相比其他傳動控制方式,氣壓傳動有以下優(yōu)點(diǎn):(1)工作介質(zhì)是空氣，它來源方便，取之不盡用之不竭，使用后直接排入大氣而無污染，不需要專門的回收裝置；(2)空氣粘度很小，所以流動時壓力損失較小，節(jié)能，高效，適用于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送；(3)動作迅速，反應(yīng)快，調(diào)節(jié)方便，維護(hù)簡單；(4)工作環(huán)境適應(yīng)性好；(5)成本低，具有過載保護(hù)功能。6.2氣壓回路的選擇6.2.1各氣壓缸的換向回路為便于機(jī)械手的自動控制，采用可編程控制器進(jìn)行控制，前分析可得系統(tǒng)的壓力和流量都不高，選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動化程度和經(jīng)濟(jì)效益。氣壓機(jī)械手采用單泵供氣，手臂伸縮，手腕回轉(zhuǎn)，夾持動作采用并聯(lián)供氣，這樣可有效降低系統(tǒng)的供氣壓力，此時為了保證多缸運(yùn)動的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動，換向閥采用中位“O”型換向閥。6.2.2調(diào)速方案整個氣壓系統(tǒng)只用單泵工作，各氣壓缸所需的流量相差較大，各氣壓缸都用氣壓泵的全流量是無法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的氣壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用以保證氣壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。各缸可選擇進(jìn)氣路或回氣路節(jié)流調(diào)速，選用節(jié)流閥調(diào)速。單泵供氣系統(tǒng)以所有氣壓缸中需流量最大的來選擇泵的流量。系統(tǒng)較為簡單，所需元件較少，經(jīng)濟(jì)性好，考慮到系統(tǒng)功率較小，其溢流損失也較小。6.2.3緩沖回路伸縮臂處設(shè)置緩沖回路，使用節(jié)流減速緩沖。6.2.4系統(tǒng)安全可靠性手臂升降缸在系統(tǒng)失壓的情況下會自由下落或超速下行，所以在回路中設(shè)置平衡回路。6.3氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖6.3.1工作原理圖圖4所示為該機(jī)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(jī)（1Mpa）通過快換接頭進(jìn)入出氣罐，經(jīng)分水過濾器、油霧器、進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電池閥，以控制氣缸和手部動作。具體工作原理如下：當(dāng)工件A進(jìn)入機(jī)械手范圍內(nèi)時，電磁閥1AY開啟，手臂伸長，夾緊缸左邊閥9AY開啟經(jīng)排氣口排空，將工件夾好；另一路7AY通電，手臂回轉(zhuǎn)，1AY斷電，2AY通電，手臂縮回；機(jī)身下降3AY通電，之后旋轉(zhuǎn)到達(dá)目的機(jī)身回轉(zhuǎn)5AY通電，10AY通電，夾緊缸伸出工件掉落?；芈窌r，5AY斷電，6AY通電，回轉(zhuǎn)到一定角度后，3AY斷電，4AY通電，機(jī)身上升；當(dāng)達(dá)到高度時，重復(fù)。圖4氣壓系統(tǒng)原理圖Schematicdiagramof4pressuresystem7結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，花費(fèi)了較多的心思設(shè)計(jì)的氣動機(jī)械手能很好的完成搬運(yùn)和裝卸運(yùn)動。通過機(jī)身的收縮實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動，通過臂架的收縮實(shí)現(xiàn)左右運(yùn)