第頁共48頁基于PLC的搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械手已成為我國工業(yè)自動化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。機(jī)械手對我國工業(yè)自動化進(jìn)程巨大貢獻(xiàn)。大型機(jī)械手主要作用在運(yùn)輸、儲存和裝配。中小型機(jī)械手主要完成焊接、涂裝、檢測、輕載等任務(wù)，具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。此外，控制系統(tǒng)變得更加緊湊和智能化，允許操作員在一定范圍內(nèi)自由移動，減少了這些特性的增加。使中小型機(jī)器人得到更廣泛的應(yīng)用。世界的經(jīng)濟(jì)正在迅猛發(fā)展，機(jī)械手對于世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全球化建設(shè)的推動作用越來越強(qiáng),這就導(dǎo)致了國內(nèi)外市場競爭日益嚴(yán)峻。而如果想要在激烈的社會主義經(jīng)濟(jì)和市場競爭中始終占據(jù)優(yōu)勢,中小企業(yè)選擇性地要求其全面實(shí)施生產(chǎn)線自動化。這篇文章主要是為了設(shè)計(jì)一種小型的搬運(yùn)機(jī)械手,使其能夠在一個(gè)由六臺車站組成并且相互獨(dú)立的自動化加工生產(chǎn)線。搬運(yùn)式機(jī)械手把工件由上料檢查站移到加工點(diǎn)。搬運(yùn)時(shí)能夠做到抓取、提高、回轉(zhuǎn)、下落、松開等操縱動作,并且操縱的順序和動作速率是可以微調(diào)的。采用氣動式驅(qū)動,plc控制。其中包括機(jī)械手的總體設(shè)計(jì),各個(gè)執(zhí)行部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),氣動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；械手可編程邏輯控制器（PLC）；控制系統(tǒng)目錄序言 1第1章緒論 21.1機(jī)械手的發(fā)展歷程 21.2機(jī)械手在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 31.2.1機(jī)械手在國外的發(fā)展 31.2.2機(jī)械手在國內(nèi)的發(fā)展 41.2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢 51.3機(jī)械手的組成與分類 61.3.1機(jī)械手的組成 61.3.2機(jī)械手的分類 71.4主要研究內(nèi)容 7第2章機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 82.1動作工況與分析 82.2機(jī)械手各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 92.2.1機(jī)械手底座的設(shè)計(jì) 92.2.2立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 102.2.3軸承的選擇 112.2.4上軸承座的選擇 122.2.5下軸承座的選擇 132.2.6大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 132.2.7小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 142.2.8氣爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 142.2.9手部夾緊氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 16第3章氣動部分設(shè)計(jì) 213.1升降氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 213.2伸縮氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 253.3回轉(zhuǎn)氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算 28第4章PLC控制部分設(shè)計(jì) 324.1電磁鐵動作順序 324.2I/O分配 324.3PLC控制梯形圖 344.4PLC控制程序指令 34第5章工程與社會 405.1分析本項(xiàng)目對社會的影響 405.2評價(jià)本項(xiàng)目對社會的影響 40第6章總結(jié)與展望 416.1總結(jié) 416.2展望與不足 41參考文獻(xiàn) 43序言自從機(jī)械手誕生以來，在國外，它早已被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工等部門。在國內(nèi)，機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展雖然落后于國外，但是由于它區(qū)別于人類手臂的靈活度與耐久度，在近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。對國家實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化、機(jī)械化的進(jìn)程有著很大的推進(jìn)作用。本篇設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一種小型搬運(yùn)機(jī)械手，使其在一個(gè)由六臺電機(jī)組成并且各自相互獨(dú)立的全套自動化加工生產(chǎn)線上進(jìn)行操作,搬運(yùn)機(jī)械手把工件由上料的檢測點(diǎn)移到加工點(diǎn)。在搬運(yùn)的過程中能夠做到抓取、提高、回位、下落、松開等操作,并且其動作的順序和移動速度是自由選擇的。采用氣動機(jī)械驅(qū)動,plc控制。本篇論文分共為六章，第一章介紹了機(jī)械手的背景以及總體方案的論證；第二章我們對機(jī)械手進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)以及材料選擇；第三章對機(jī)械手的驅(qū)動方式進(jìn)行了選擇；第五章對于整個(gè)機(jī)械手進(jìn)行了總體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第五章我分析與評價(jià)了本項(xiàng)目對社會的影響；最后第六章對整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié)并指出不足。

第1章緒論1.1機(jī)械手的發(fā)展歷程機(jī)械手是一種能夠模仿人類手臂某些動作與功能的機(jī)械，可以用來根據(jù)固定程序完成抓取物件、搬運(yùn)物件以及操作工具等的自動操作裝置【1】。它已經(jīng)是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)很重要的技術(shù)分支。他的主要技術(shù)特點(diǎn)就是它可以讓使用者直接通過控制器的方式來完成各種預(yù)期操作，完全的體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)的智能化以及人的適應(yīng)性。機(jī)械手往往被運(yùn)用在自動化的工業(yè)生產(chǎn)線之上，雖然目前絕大部分的機(jī)械手還不如人手的智能與靈活，但是由于他是有機(jī)器控制，它可以24小時(shí)的不間斷工作不辭辛勞、不怕艱辛、可以舉起重物、不怕危險(xiǎn)，也因此機(jī)械手收到了越來越多的工廠與部門的關(guān)注，應(yīng)用上也越來越廣泛。世界上對機(jī)器人的探索開始于20世紀(jì)20年代，它是計(jì)算機(jī)工程與工業(yè)現(xiàn)代化不停發(fā)展的產(chǎn)物。1964年第一臺數(shù)字計(jì)算機(jī)在美國問世，這一跨時(shí)代技術(shù)的出現(xiàn)促使了工業(yè)自動化的快速發(fā)展，為機(jī)械手的出現(xiàn)提供了一個(gè)有利契機(jī)；在當(dāng)時(shí)，美國正在進(jìn)行核能技術(shù)的研發(fā)，面對放射性環(huán)境人類無法長時(shí)間生存于是為了解決這個(gè)問題在1947年，美國首先設(shè)計(jì)與開發(fā)了一種遠(yuǎn)程機(jī)器人手臂，一年后再次設(shè)計(jì)與開發(fā)了一種機(jī)械式的主從人體機(jī)械手。機(jī)械手被開發(fā)出來首先是面對了高度危險(xiǎn)的惡劣環(huán)境中，之后才被應(yīng)用到工業(yè)制造生產(chǎn)之中。美國戴爾沃于1954年率先提出工業(yè)機(jī)器人的概念，并應(yīng)用機(jī)器人可以進(jìn)行運(yùn)動記錄和復(fù)制的教學(xué)。這是一個(gè)示范訓(xùn)練的示教機(jī)器人，目前許多機(jī)器人正在使用控制器【3】。目前，機(jī)械手絕大多數(shù)還屬于第一代，主要依賴人工進(jìn)行操控:此類機(jī)械手的主要改進(jìn)的方向是降低生產(chǎn)成本以及提高操作精準(zhǔn)度來提高競爭力。第二代機(jī)械手也在不斷地加緊開發(fā)。它內(nèi)部建立了微型的電子計(jì)算和控制系統(tǒng),可以擁有視、觸、想等能力。研究人員安裝各類傳感器,把所有人感受到的信息都反饋,使得機(jī)械手們更好地?fù)碛懈兄獧C(jī)能。而第三代的機(jī)械手可以獨(dú)立地完成操作中的整個(gè)過程和事件。它與計(jì)算機(jī)、電視等相關(guān)設(shè)備都保持了密切的聯(lián)系,并逐漸發(fā)展起來成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中的重要組成環(huán)節(jié)。 1.2機(jī)械手在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢1.2.1機(jī)械手在國外的發(fā)展美國通過長達(dá)數(shù)年的探索研究，終于在1958年時(shí)，率先設(shè)計(jì)制造出了世界上的第一臺機(jī)械手，這個(gè)機(jī)械手的特點(diǎn)是在其上配置有一個(gè)用于回轉(zhuǎn)的機(jī)械臂，而且在機(jī)械手的端部配置有一個(gè)由電磁鐵驅(qū)動的用于抓取工件的機(jī)構(gòu)。在第一臺機(jī)械手問世之后又經(jīng)歷了四年的快速發(fā)展，美國的機(jī)械鑄造公司有了新的進(jìn)展，設(shè)計(jì)了一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手，并且命名為Unimate見此機(jī)械手的運(yùn)動系統(tǒng)則是參考坦克炮塔而設(shè)計(jì)出的，而手臂的各種動作都是通過液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的，此機(jī)械手的重量達(dá)到兩噸以上，是由磁鼓上一個(gè)已經(jīng)設(shè)定好的程序來控制具體動作的。這個(gè)機(jī)械手通過液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)手臂的驅(qū)動工作，此機(jī)械手的主機(jī)械手臂設(shè)置在機(jī)座上，主機(jī)械手臂可以在機(jī)座上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，主機(jī)械手臂上再設(shè)置一個(gè)次機(jī)械臂，此機(jī)械手臂可以在主機(jī)械手臂上做出伸縮的動作。在此機(jī)械手臂的尾端設(shè)置有一個(gè)機(jī)械手腕，可以在次手臂上轉(zhuǎn)動，以便完成多角度的抓取任務(wù)。手腕的下端就是抓手了，即操作器。這個(gè)機(jī)械手在功能方面來說完全可以代替人的手臂功來完成相應(yīng)的工作，Unimate的精確率達(dá)1/10000英寸。這個(gè)機(jī)械手的問世為以后對于更多種類機(jī)械手的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。圖1-1世界上第一個(gè)機(jī)械手Unimate日本對于機(jī)械手的研究是從1969年開始的，日本在這一年買進(jìn)了美國研制的機(jī)械手，由川崎重工公司首先研發(fā)了日本第一臺工業(yè)機(jī)器人Kawasaki-Unimate2000。自此日本開始迅速發(fā)展對于機(jī)械手的科研工作，發(fā)展到1979年時(shí)，日本已經(jīng)擁有了近60家的高校及企業(yè)科研單位正在從事機(jī)械手研究與生產(chǎn)工作，并取得了很大的進(jìn)展，在1990年時(shí)日本已經(jīng)擁有五十多萬臺工業(yè)機(jī)械手。日本的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是全世界發(fā)展最快的，并且還在按照每年56%的速度迅速增長，日本也成為現(xiàn)在為止工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最多最廣泛的國家之一。圖1-2日本第一臺工業(yè)機(jī)器人Kawasaki-Unimate20001.2.2機(jī)械手在國內(nèi)的發(fā)展隨著我國工業(yè)的跨越式發(fā)展，機(jī)械手作為工業(yè)生產(chǎn)及裝備制造業(yè)中處在極其重要的位置。在工業(yè)生產(chǎn)和裝備制造領(lǐng)域中充當(dāng)著非常重要的角色，尤其是它能代替人工在有害環(huán)境中進(jìn)行操作以保護(hù)人工的生命安全，在各個(gè)領(lǐng)域都有機(jī)械手的影子：機(jī)加工作業(yè)中的上下料工作，尤其是在加工中心、沖壓成型中和自動化組合機(jī)床中的使用更為常見；在工件裝配在也有廣泛應(yīng)用，在PCB板的電子元件組裝中進(jìn)行SMT貼片和插件元件的裝配中被普遍運(yùn)用，在機(jī)械制造行業(yè)中機(jī)械手被用于機(jī)械部件的組裝工作；在惡劣單一重復(fù)性環(huán)境中，工業(yè)機(jī)械手常常被用來代替人工作業(yè)；也常常被用以高危場合的作業(yè)，如有毒有害物品的裝卸和搬運(yùn)工作，爆破工作和軍事實(shí)驗(yàn)工作也會看到它的身影；在一些高精度高壓環(huán)境中的使用:如深?？蒲泻歪t(yī)療事業(yè)[2]。1.2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢工業(yè)機(jī)器人在許多領(lǐng)域中得到廣泛使用，說明其在實(shí)際生產(chǎn)中確實(shí)有很積極的作用，可以有效提高生產(chǎn)能力，增加企業(yè)競爭力，同時(shí)可以減輕工人的工作負(fù)擔(dān)，給工人一個(gè)比較安全舒適的工作環(huán)境，越發(fā)地引起了各界的關(guān)注。日本從最初就異常地重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，早已把發(fā)展機(jī)器人技術(shù)擺在重要地位，韓國也相當(dāng)重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，將機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)看作是社會發(fā)展的動力源之一，各個(gè)發(fā)達(dá)國家都做出了相似的決定，那就是制定相關(guān)政策來促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采取相應(yīng)有力的措施來鼓勵企業(yè)將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去，投入大量的資金和其他資源來鼓勵科研機(jī)構(gòu)加快對工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)設(shè)計(jì)，這使得那些發(fā)達(dá)國家在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和研究方面一直處在世界的最高水平。就最近世界各國所開發(fā)出的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品情況來說，工業(yè)機(jī)器人越來越智能化、模塊化和系統(tǒng)化，適應(yīng)能力更強(qiáng)通用性也更好并且高度智能化，能很好地完成較為復(fù)雜的工作。工業(yè)機(jī)器人今后的發(fā)展方向?yàn)椋涸鰪?qiáng)機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)各個(gè)模塊之間的契合度，增強(qiáng)各個(gè)模塊的互換性；革新機(jī)器人的控制技術(shù)，使其控制方式簡單化、多樣化，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和工作需求；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；充分利用多種多樣的傳感器，來使機(jī)器人感覺能力更強(qiáng)大，感官更靈敏，可以在外界環(huán)境快速變化的情況下依舊可以作出相應(yīng)反應(yīng)，完成工作。根據(jù)國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域最近的發(fā)展?fàn)顩r可以總結(jié)以下幾個(gè)發(fā)展趨勢：1）工業(yè)機(jī)器人的功能更加全面，性能更加突出、可靠，然而在提高機(jī)器人性能的同時(shí)反而降低價(jià)格，有利于工業(yè)機(jī)器人更廣泛的使用。2）增強(qiáng)機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)其相互組合及替換的能力，提高適應(yīng)性、靈活性。3）對工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)一步開發(fā)，使其更加簡單化、多樣化，并且使控制器沿著增強(qiáng)開放性，更加契合PC機(jī)的大方向前進(jìn)，增強(qiáng)控制器的集成化和模塊化，這樣可以縮小控制器所占用的空間，并且便于更換維修。4）傳感器技術(shù)在近些年也是發(fā)展迅速，由于傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中屬于最重要的部分之一，也促使著機(jī)器人技術(shù)日新月異，在機(jī)器人系統(tǒng)中加入高性能多功能的傳感器，可以更加迅速準(zhǔn)確地采集到所要作用的對象的位置、速度、外形等信息，在更加高端一些的遙控機(jī)器人身上則要使用更多種類高性能傳感器，綜合各種采集到的信息來模擬出實(shí)際外部環(huán)境，在控制機(jī)器人采用合理的方式完成工作，多種高性能傳感器的綜合使用技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)有產(chǎn)品中出現(xiàn)，將來會更深一步改進(jìn)，應(yīng)用在更多機(jī)器人身上。5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也將越來越多地應(yīng)用于機(jī)器人之中，通過傳感器采集信息，將現(xiàn)實(shí)中采集到的信息模擬出一個(gè)虛擬環(huán)境，使遙控機(jī)器人的操控者有身臨其境的感覺，可以在遠(yuǎn)端來更好地操控機(jī)器人。6）遙控機(jī)器人所要應(yīng)對的工作往往是情況多變的，所以它并不能采用完全自治的控制系統(tǒng)，而是要應(yīng)用能讓遠(yuǎn)端操控者與遙控機(jī)器人進(jìn)行良好的人機(jī)交互控制的系統(tǒng)?，F(xiàn)在被送到外太空的空間機(jī)器人上使用的就是此種控制系統(tǒng)。7）機(jī)器人化的機(jī)械產(chǎn)業(yè)逐漸興盛起來，早在1994年就由美國首先成功研制出一臺虛擬軸機(jī)床，此新型裝置是機(jī)器人技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)的綜合，一出現(xiàn)就吸引了廣大科研者的注意，并重點(diǎn)研究該項(xiàng)目。1.3機(jī)械手的組成與分類1.3.1機(jī)械手的組成控制單元、驅(qū)動模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、位置檢測單元等四大部分組成了現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手。其中控制單元是整個(gè)機(jī)械手運(yùn)動控制系統(tǒng)的核心組成部分，其在整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行過程起著決定性的作用，是整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，使各個(gè)機(jī)械動作能夠按照預(yù)定要求實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的運(yùn)動效果，從而完成工業(yè)生產(chǎn)過程中的相應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)；驅(qū)動模塊由動力源和機(jī)械輔助裝置組成，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供運(yùn)動能源，為機(jī)械手的動作３Ｅ動提供使能。驅(qū)動方式目前包括：電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動；執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終完成機(jī)械手所要實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)動作，目前執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有仿生手指、吸盤和視覺掃槍等；位置檢測單元主要用于檢測機(jī)械手的位置狀態(tài)，并將位置信息實(shí)時(shí)反饋給控制單元，構(gòu)成運(yùn)動控制過程中的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位1.3.2機(jī)械手的分類工業(yè)機(jī)械手按照驅(qū)動方式可分為機(jī)械傳動機(jī)械手、電力傳動機(jī)械手、氣動傳動機(jī)械手、液壓傳動機(jī)械手。（１）電力傳動機(jī)械手：電力傳動機(jī)械手以電力作為使能源驅(qū)動。常常以電機(jī)（如直流電機(jī)、司服電機(jī)等）作為驅(qū)動設(shè)備，此類機(jī)械手具有控制精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。（２）液壓傳動機(jī)械手：液壓傳動機(jī)械手以使用壓縮液體蓄能進(jìn)行可控制的能量傳遞，由于液壓裝置機(jī)械手的強(qiáng)大力、可控性和速度，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域也是可控的。其缺點(diǎn)是對液體儲能裝置的密閉性要求極高，一旦發(fā)生工作液體泄漏，易造成誤動作和污染事故。若采用液壓油作為傳動介質(zhì)，由于其對溫度比較敏感，所以需要增加冷卻或加熱裝置，以保證液壓油的工作溫度。（３）氣壓傳動機(jī)械手：氣壓傳動機(jī)械手是以壓縮氣體作為動力介質(zhì)，憑借壓縮氣體所產(chǎn)生的壓力進(jìn)行能量傳遞和轉(zhuǎn)換的技術(shù)。壓縮氣體通過管道和閥體為驅(qū)動系統(tǒng)提供使能，一般通過各種氣動執(zhí)行元件將壓縮氣體轉(zhuǎn)換為動能。氣動傳動機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是成本低、結(jié)構(gòu)簡單、動作相應(yīng)速度高；它的缺點(diǎn)是工作過程中力矩小、穩(wěn)定性差，所以氣動傳動機(jī)械手目前只適用于輕工粗略控制的生產(chǎn)環(huán)境。（４）機(jī)械傳動機(jī)械手：機(jī)械傳動機(jī)械手是以機(jī)械結(jié)構(gòu)搭建平臺，直接以機(jī)械能的形勢進(jìn)行控制的一種機(jī)械手。其中比較多見的結(jié)構(gòu)有凸輪、齒輪、連桿、齒條和滑桿等，機(jī)械傳動機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)在于控制精度高、動作執(zhí)行可靠。1.4主要研究內(nèi)容本篇論文來源于實(shí)際生產(chǎn)，模擬生產(chǎn)線由六站組成，各站可獨(dú)立，可容易的連接在一起組成一條自動加工生產(chǎn)線，。該課題要求設(shè)計(jì)搬運(yùn)站，搬運(yùn)機(jī)械手將工件從上料檢測站搬至加工站。搬運(yùn)過程中能實(shí)現(xiàn)抓取、提升、回轉(zhuǎn)、下降、松開等動作，且動作順序、動作速度可調(diào)。用氣動驅(qū)動，PLC控制。包括總體設(shè)計(jì)，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。技術(shù)要求有以下幾點(diǎn)：a.裝卸、調(diào)整方便；b.結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠；c.設(shè)計(jì)合理，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，以有效地降低生產(chǎn)和制造的成本；d.用PLC對機(jī)械手進(jìn)行控制?？傮w設(shè)計(jì)思路：a.確定了總體框架結(jié)構(gòu)的整體組成,框架和各個(gè)部件的功能和工作目標(biāo)。b.根據(jù)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)，初步計(jì)算各工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。c.設(shè)計(jì)機(jī)體分級部分的結(jié)構(gòu)及主要零件結(jié)構(gòu)。d.主要分級結(jié)構(gòu)部分的主要零件強(qiáng)度和剛度，檢查其加工工藝性和裝配工藝性。e.保證與其它部分的接口合理。f.根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，修正設(shè)計(jì)參數(shù)。

第2章機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1動作工況與分析氣動機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)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(jī)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)境中進(jìn)行工作。機(jī)械手的全部動作由電磁閥控制的氣缸驅(qū)動。其中,上升/下降、左移/右移以及擺動分別由雙線圈兩位電磁閥控制,機(jī)械手的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位電磁閥(夾緊電磁閥)控制。機(jī)械手的任務(wù)是將A工作臺上的工件搬運(yùn)到B工作臺（或B到A），機(jī)械手示意圖如圖2-1所示：1-伸縮式氣缸2-夾緊式氣缸3-夾爪4-底座5-支柱6-升降式氣缸圖2-1機(jī)械手示意圖在連續(xù)自動工作方式的狀態(tài)下機(jī)械手的順序?qū)崿F(xiàn)的動作如圖1示意圖所示：手臂下降→手指夾緊→手臂上升→手臂右擺動→手臂右伸→手臂下降→手指松開→手臂上升→手臂左伸→手臂左擺動（回到初始位），機(jī)械手可以反復(fù)不斷的進(jìn)行上述循環(huán)動作。2.2機(jī)械手各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1機(jī)械手底座的設(shè)計(jì)底座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。底座的設(shè)計(jì)是根據(jù)各個(gè)零件的尺寸及有助于拆裝方便來設(shè)計(jì)的如圖2-2所示：圖2-2箱座箱座內(nèi)壁不需要與其他零件有配合的關(guān)系，所以內(nèi)表面不需要加工。左右厚壁上端有M10的螺紋孔，要求加工表面粗糙度，連接軸承下座的，底版的光孔是用來固定整個(gè)裝置的，材料為鑄鐵HT200。2.2.2立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)動和升降(或俯仰)運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立往通常為固定不動的，但機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。a.立柱的材料及熱處理由于設(shè)計(jì)功率不是太大，對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。b.初估軸徑按扭矩初估軸的直徑，根據(jù)[1]查表10-2，得C=106～117，考慮倒安裝軸承受扭矩作用，取C=106，則（3-1）式中：C——由軸承的材料和承載情況縮確定的常數(shù)；P——軸的輸出功率，KW；n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min.各參數(shù)值為C=106、P=15KW、n=280，則所以選擇軸徑40mm，軸上面設(shè)計(jì)個(gè)法蘭，用法蘭來固定軸承因?yàn)檩S是靠氣缸擺動來旋轉(zhuǎn)的，所以所受的載荷很小，不需要校核。2.2.3軸承的選擇軸承是用以支承軸和軸上回轉(zhuǎn)或擺動零件的部件,在各種機(jī)械中應(yīng)用廣泛。根據(jù)軸承工作時(shí)的摩擦性質(zhì)，可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承依靠主要元件間的滾動接觸來承受載荷，它與滑動軸承相比，具有摩擦阻力小、效率高、啟動容易、潤滑簡便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，滾動軸承絕大部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)，選用和更換很方便。其缺點(diǎn)就是抗擊能力差，工作時(shí)有噪聲，以及工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承。滾動軸承的類型很多，按照滾動體的形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承兩大類。球軸承的滾動體與內(nèi)、外圈是點(diǎn)接觸，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦耗損小，但承載能力和抗擊能力差；滾子軸承為線接觸，承載能力和抗沖擊能力較球軸承大，但運(yùn)轉(zhuǎn)是耗損大。按照滾動軸承能否自動調(diào)心，可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。按照滾動體列數(shù)多少，可分為單列軸承、雙列軸承和多列軸承。按照軸承能承受的主要載荷方向和公稱接觸角的不同，可分為向心軸承和推力軸承兩大類。a.向心軸承向心軸承主要承受徑向載荷，0°45°，又可分為：①徑向接觸軸承，=0°，只能承受徑向載荷；②角接觸向心軸承，0°<45°，不僅能承受徑向載荷,而且隨著角的增大,其承受軸向載荷的能力隨之增大。b.推力軸承推力軸承主要承受軸向載荷，45°90°，又可分為：①軸向接觸軸承，=90°，只能承受軸向載荷；②角接觸推力軸承，450°<<90°，它主要承受軸向載荷,同時(shí)也能承受較小的徑向載荷。隨著角的增大,其承受徑向載荷的能力將減小。軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動軸承的主要依據(jù)。本設(shè)計(jì)中軸承既承受徑向力及轉(zhuǎn)矩，又承受軸向力，因此選用推力球軸承和深溝球軸承,推力軸承主要受軸向力，球軸承主要受徑向力，又根據(jù)外廓尺寸的條件和軸的內(nèi)徑選用6006深溝球軸承和51213推力球軸承。2.2.4上軸承座的選擇6006深溝球軸承:d=30mmD=55mmB=13mmda=36mmDa=49mm51213推力球軸承:d=65mmD=100mmT=27mmda=86mmDa=100mm根據(jù)以上的尺寸可以確定軸承上座的尺寸,如圖2-3所示:圖2-3上軸承座由于配合接觸的面比較多,所以對表面粗糙度的要求也高,軸承配合的地方要求公差等級,軸承的配合主要是內(nèi)圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，因此，軸承內(nèi)圈與軸頸采用基孔制配合，軸承外圈與軸承座孔采用基軸制配合普通圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中基準(zhǔn)孔的公差帶都在零線之上，故滾動軸承內(nèi)圈與軸頸的配合要比圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基孔制同名配合要緊的多。例如，一般圓柱體基孔制的K6配合為過度配合，而在滾動軸承內(nèi)圈配合中則為過盈配合。滾動軸承內(nèi)、外圈的處的配合，既不能過緊也不能過松。過緊的配合會使軸承的內(nèi)、外圈產(chǎn)生變形，可破壞軸承的正常工作，而增加了裝拆的難度。過松的配合，不僅會影響軸的旋轉(zhuǎn)精度，甚至?xí)古浜媳砻姘l(fā)生滑動。因此，軸承配合種類的選取，應(yīng)根據(jù)軸承的類型與尺寸、載荷的大小、方向和性質(zhì)以及工作環(huán)境決定。所以Φ30的6006軸徑上安裝軸承，這個(gè)軸徑就是根據(jù)軸承的d來的，Φ36是6006軸承的安裝尺寸，同樣根據(jù)推力軸承的尺寸來確定軸承座的尺寸。2.2.5下軸承座的選擇下軸承座的尺寸是根據(jù)軸承尺寸來定的。其主要配合的地方也是安裝軸承的地方，需要公差的配合。（同上）如圖2-4：圖2-4下軸承座在安裝軸承的端面上要注明公差配合，分別以其為基準(zhǔn)面，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，標(biāo)明幾個(gè)端面的圓柱度和相對基準(zhǔn)面的圓跳動度，還有表面粗糙度。2.2.6大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的手臂實(shí)現(xiàn)的是水平直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)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(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。本設(shè)計(jì)手臂很簡單，在手臂內(nèi)側(cè)固定個(gè)伸縮氣缸，如圖2-5所示：圖2-5大臂設(shè)計(jì)2.2.7小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的手臂與上述的大臂實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動方式一樣，主要是上下直線運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動采用的也是氣壓驅(qū)動的活塞氣缸。本設(shè)計(jì)手臂很簡單，在上面固定個(gè)夾緊氣缸，如圖2-6所示：圖2-6小臂設(shè)計(jì)2.2.8氣爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)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。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(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時(shí)，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(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。圖2-7氣爪設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是采用兩指式，內(nèi)卡式，上下氣爪通過銷來連接，過盈配合，如圖2-7所示。設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題：a.具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時(shí)，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。b.手指間應(yīng)具有一定的開閉角兩手指張開與閉合的兩個(gè)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，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。c.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。d.具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)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(qiáng)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。e.考慮被抓取對象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型。2.2.9手部夾緊氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算A．手部驅(qū)動力計(jì)算本課題氣動機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，其工件重量G=10公斤，a=37.5mm,b=70mm,根據(jù)[1]摩擦系數(shù)為f=0.10。圖2-8手部結(jié)構(gòu)分析圖a)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)分析示意圖，其驅(qū)動力為：（2-2）（2-3）代入公式（2-2）得：c)參照實(shí)際驅(qū)動力:（2-4）因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，根據(jù)[1]故取，并取若被抓取工件的最大加速度取a=g時(shí)，參照[17]則：（2-5）代入公式（2-4）得：所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為1191N.B．氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。以下公式都參照，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(shí)的總阻力，其公式為:（2-6）式中:—活塞桿上的推力，N—彈簧反作用力，N—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，N—?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa彈簧反作用按下式計(jì)算:（2-7）（2-8）（2-9）式中:—彈簧剛度，N/m—彈簧預(yù)壓縮量，m一活塞行程，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)一彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，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，得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式（2-10）有:其中，,則:所以滿足設(shè)計(jì)要求。C．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。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，參照[17]，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:（2-11）式中:—缸筒壁厚，mmD—?dú)飧變?nèi)徑，mm—實(shí)驗(yàn)壓力，取,Pa材料為:ZL3,代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:根據(jù)以上計(jì)算選擇的氣缸型號為：QGSDq=32\*Arabic32×50BLB其中：QGSD-普通型單作用氣缸；q–派生氣缸代號：q=彈簧前置型；32–汽缸內(nèi)徑；50-氣缸行程；B–緩沖：B=可調(diào)緩沖；LB–安裝方式：LB=軸向底座

第3章氣動部分設(shè)計(jì)3.1升降氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱、升降缸活塞軸、升降缸體、碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿、緩沖撞鐵、定位塊聯(lián)接盤和導(dǎo)向桿等組成。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)氣缸手部夾緊氣缸和手臂伸縮氣缸，轉(zhuǎn)柱下端的氣路，將壓縮空氣引到升降缸上腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動升降缸體上升，并由兩個(gè)導(dǎo)向桿進(jìn)行導(dǎo)向，同時(shí)碰鐵隨升降缸體一同上移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊后，即帶動定位拉桿,緩沖撞鐵向上移動碰觸升降用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。上升行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊來實(shí)現(xiàn)，手臂下降靠自重實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-1所示：1-立柱2-升降氣缸3-手臂、伸縮氣缸、氣爪、工件圖3-1結(jié)構(gòu)分析簡圖A．驅(qū)動力計(jì)算根據(jù)上圖力的作用方向，可計(jì)算活塞的驅(qū)動力F，參照[1]可知摩擦系數(shù)f=0.17。a)根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，驅(qū)動力公式為：（3-1）b)質(zhì)量計(jì)算:手臂升降部分主要由手臂伸縮氣缸、夾緊氣缸、手臂、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(shí)測量設(shè)計(jì)的有關(guān)尺寸，據(jù)估計(jì)所以代入公式（3-1）：c)參照[17]實(shí)際驅(qū)動力:因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，參照[1]故取，并取若被抓取工件的最大加速度取a=g時(shí)，根據(jù)[17]則：所以所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為1494N.B．氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。以下公式均參照[17]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(shí)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—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，N—?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa彈簧反作用按下式計(jì)算:式中:—彈簧剛度，N/m—彈簧預(yù)壓縮量，m一活塞行程，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)一彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，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3677.46220.6所以：查有關(guān)手冊圓整，得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式有:其中，,則:所以滿足設(shè)計(jì)要求。C．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。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，根據(jù)[17]其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:—缸筒壁厚，mmD—?dú)飧變?nèi)徑，mm—實(shí)驗(yàn)壓力，取,Pa材料為:ZL3,代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:根據(jù)以上計(jì)算選擇氣缸型號為：QGSDq40×100BFB其中：QGSD-普通型單作用氣缸；q–派生氣缸代號：q=彈簧前置型；40-汽缸內(nèi)徑；100-氣缸行程；B–緩沖：B=緩沖可調(diào)；FB-安裝方式：FB=后法蘭；3.2伸縮氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算手臂伸縮裝置由伸縮缸活塞軸、伸縮缸體、碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿、緩沖撞鐵、定位塊聯(lián)接盤和導(dǎo)向桿等組成。在手臂右端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸手部夾緊氣缸，手臂左端的氣路，將壓縮空氣引到伸縮缸上腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動升降缸體右移，并由兩個(gè)導(dǎo)向桿進(jìn)行導(dǎo)向，同時(shí)碰鐵隨升降缸體一同右移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊后，即帶動定位拉桿,緩沖撞鐵向右移動碰觸左右用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。右移行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊來實(shí)現(xiàn)，手臂左移與右移類似。結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-2所示：圖3-2結(jié)構(gòu)分析簡圖A．驅(qū)動力計(jì)算根據(jù)上圖力的作用方向，可計(jì)算活塞的驅(qū)動力F，參照[1]可知摩擦系數(shù)f=0.17。a)根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，驅(qū)動力公式為：b)質(zhì)量計(jì)算:小臂升降部分主要由夾緊氣缸、手臂、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(shí)測量設(shè)計(jì)的有關(guān)尺寸，據(jù)估計(jì)所以代入公式：c)參照[17]實(shí)際驅(qū)動力:因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，參照[1]故取，并取若被抓取工件的最大加速度取a=g時(shí)，根據(jù)[17]則：所以所以夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為163N.B．氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。以下公式均參照[17]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(shí)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—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，N—?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa彈簧反作用按下式計(jì)算:式中:—彈簧剛度，N/m—彈簧預(yù)壓縮量，m一活塞行程，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)一彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，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3677.46220.6所以：查有關(guān)手冊圓整，得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式有:其中，,則:所以滿足設(shè)計(jì)要求。C．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。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，根據(jù)[17]其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:—缸筒壁厚，mmD—?dú)飧變?nèi)徑，mm—實(shí)驗(yàn)壓力，取,Pa材料為:ZL3,代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:根據(jù)以上計(jì)算選擇氣缸型號為：QGSDq40×100BLB其中：QGSD-普通型單作用氣缸；q–派生氣缸代號：q=彈簧前置型；40-汽缸內(nèi)徑；100-氣缸行程；B–緩沖：B=緩沖可調(diào)；LB-安裝方式：LB=軸向底座；3.3回轉(zhuǎn)氣缸設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體、轉(zhuǎn)軸、定片、回轉(zhuǎn)定位塊、回轉(zhuǎn)中間定位塊和回轉(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(shí)，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(yùn)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(jī)械加工精度也易于保證。手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用多點(diǎn)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)整兩塊回轉(zhuǎn)定位塊和回轉(zhuǎn)中間定位塊的位置而定。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)氣缸，它的工作原理如圖3-10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(gè).當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。圖2-10回轉(zhuǎn)氣缸示意圖參照[17]單葉片氣缸的壓力p和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為：（3-13）或式中:M-回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩;P-回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力;R-缸體內(nèi)壁半徑;r-輸出軸半徑;b-動片寬度.上述驅(qū)動力矩和壓力的關(guān)系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力與背壓之差。根據(jù)以上計(jì)算選擇回轉(zhuǎn)氣缸型號為：QGH250×180BFSR其中：QGH—齒桿式回轉(zhuǎn)擺動氣缸；2—派生氣缸代號：2=雙出軸；50-氣缸內(nèi)徑；180-回轉(zhuǎn)動擺動角度；B–緩沖：B=可調(diào)緩沖；F–法蘭；S–單桿基本型；R–耐熱型；R=采用氟橡膠密封件，最高耐溫200°。由設(shè)計(jì)要求可知,機(jī)械手有四個(gè)移動自由度,其工作程序?yàn)?機(jī)構(gòu)下降→夾具夾緊→機(jī)構(gòu)上升→手臂右擺→手臂右移→機(jī)構(gòu)下降→夾具松開→機(jī)構(gòu)上升→手臂左移→手臂左擺退至原位。氣動原理圖如圖4-1所示。整個(gè)氣動系統(tǒng)就是要對擺動氣缸、夾緊氣缸、伸縮氣缸和升降氣缸的動作進(jìn)行控制。圖4-1氣動原理圖氣路元件表如圖4-1所示：圖4-1氣路元件表序號型號規(guī)格名稱數(shù)量1L1-25單向節(jié)流閥6224DH-10-S三位四通電磁滑閥33QF-44手動截止閥14QSL-26SQTY-20-S壓力組件15YJ-1壓力繼電器16Q24DH-10-S兩位三通電磁滑閥1各執(zhí)行機(jī)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(diǎn)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(gè)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，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。電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。

第4章PLC控制部分設(shè)計(jì)4.1電磁鐵動作順序由圖4-1可知,機(jī)械手的上升、下降分別由電磁鐵1YA、2YA控制,機(jī)械手的夾緊和松開由電磁鐵3YA、4YA控制,機(jī)械手的左擺、右擺由電磁鐵5YA、6YA控制，機(jī)械手的左伸、右伸由電磁鐵7YA、8YA控制。當(dāng)工件已搬到工作臺B返回時(shí),為安全起見,用光電開關(guān)發(fā)出有無工件信號，電磁鐵動作順序如表4-1。表4-1電磁鐵動作順序工位號動作名稱電磁鐵1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA0原位+1下降-+-+2夾緊--+3上升+-+4右擺動--+-+5右伸--++-6下降-++-7放松+8上升+--+9左伸++10左擺動+-+--該系統(tǒng)除了開關(guān)量的輸入、輸出外,沒有其他方面的要求。確定輸入點(diǎn)數(shù)為22個(gè),其中行程開關(guān)6個(gè),光電開關(guān)1個(gè),操作按鈕11個(gè),工作方式選擇開關(guān)2個(gè);輸出點(diǎn)數(shù)為12,其中電磁鐵8個(gè),指示燈4個(gè)。4.2I/O分配根據(jù)以上分析，要選擇輸人點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于14、輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)大于10的PLC。對PLC的掃描速度及其它方面無特殊要求。選用S7-200(CPU226)型號的PLC。它共有24個(gè)輸人、16個(gè)輸出點(diǎn)、隨機(jī)存儲器為8KB、計(jì)數(shù)器256個(gè)、定時(shí)器256個(gè)；有2個(gè)高速脈沖輸出端和2個(gè)RS-485通信口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由口協(xié)議的通信能力；運(yùn)行速度快、功能強(qiáng)，適用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)。PLC與器件的邏輯接線電路圖，見圖4-1：圖4-1PLC與器件的邏輯接線電路圖4.3PLC控制梯形圖由以上I/O分配和電磁鐵的動作順序采用西門子編程指令編寫梯形圖程序，見圖4-2：圖4-2梯形圖4.4PLC控制程序指令地址指令數(shù)據(jù)0000LDI1.00001AI0.70002OQ1.00003=Q1.00004LDSM0.00005AI1.10006AI0.60007=Q1.10008RQ0.0,80009LDI2.20010AI2.40011ANQ1.30012=M0.30013=Q1.20014LDI2.30015ANQ1.20016=Q1.30017LDM0.30018AQ1.10019OQ0.60020ANQ0.70021OQ1.30022AI2.10023=Q0.60024LDI2.00025AI0.20026AI0.40027AQ0.60028OQ0.30029ANQ0.20030ANQ0.70031OQ1.30032AI1.30033=Q0.30034LDQ0.30035AI0.20036AI0.40037AI0.10038OQ0.70039ANT370040OQ1.30041AI2.00042=Q0.70043LDQ0.70044ANQ0.30045ANQ0.00046OQ1.30047AI1.20048=Q0.20049LDQ0.20050AI0.00051AI0.20052AI0.40053OQ0.00054ANQ0.00055ANQ0.50056OQ1.30057AI1.70058=Q0.00059LDQ0.00060AI0.00061AI0.30062AI0.40063OQ0.50064ANQ0.40065ANQ0.30066OQ1.30067AI1.50068=Q0.50069LDQ0.50070AI0.00071AI0.30072AI0.50073OQ0.30074ANQ0.20075ANQ0.60076OQ1.30077AI1.30078=Q0.30079TONT37,+1000080LDQ0.30081AI0.10082AI0.30083AI0.50084OQ0.60085AT370086ANQ0.70087OQ1.30088AI2.10089=Q0.60090LDQ0.60091ANQ0.30092ANQ0.10093OQ1.30094AI2.10095=Q0.20096LDQ0.20097AI0.00098AI0.30099AI0.50100OQ0.40101ANQ0.50102ANQ0.10103OQ1.30104AI1.40105=Q0.40106LDQ0.40107AI0.00108AI0.30109AI0.40110OQ0.10111ANQ0.00112ANQ1.10113OQ1.30114AI1.60115=Q0.10116LDI2.50117RQ0.0,12

第5章工程與社會5.1分析本項(xiàng)目對社會的影響本篇文章設(shè)計(jì)的機(jī)械手可以廣泛應(yīng)用各種場合，它可以輕易幫助一條半自動機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，使機(jī)床自動上下料。也可以組成一自動生產(chǎn)線，在單機(jī)自動化的基礎(chǔ)上加上一些，自動傳送帶，自動裝卸裝置就可以組成一條全自動生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。本文章的機(jī)械手可以初步的幫社會解放生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)，自動化廣泛的適用于各種裝卸的場合。對于企業(yè)來說可以進(jìn)一步節(jié)約人工成本提高生產(chǎn)效率，達(dá)到長時(shí)間持續(xù)工作的目的。對于勞動者來說可以從勞動者轉(zhuǎn)換成控制者，進(jìn)行多機(jī)器的監(jiān)管實(shí)現(xiàn)了資源最大利用機(jī)械制造代表一個(gè)國家的科技發(fā)展水平，機(jī)械制造能力越強(qiáng)，一個(gè)國家的科技能力越強(qiáng)，社會逐漸進(jìn)入了信息時(shí)代，越來越多的智能機(jī)械會加速人類社會的繁榮和進(jìn)步，隨著信息人工智能在生產(chǎn)生活中的廣泛