柔性制造系統(tǒng)中輸送單元設計畢業(yè)設計

1、畢 業(yè) 設 計柔性制造系統(tǒng)中輸送單元設計 系 別: 機電工程系專 業(yè): 機電一體化姓 名: 張發(fā)超 學 號: 0954235 指導教師: 王周讓二零一一年十一月一日 緒論2第一章 輸送單元的概述31.1課題的提出及主要任務31.2輸送單元的概述31.3輸送單元的結構組成4第二章 輸送單元機械手手臂裝置的設計方案112.1機械手的運動112.2 機械手的手臂結構方案設計112.3機械手的主要參數(shù)112.4手部要求132.5機械手的技術參數(shù)列表15第三章 輸送單元手臂伸縮氣缸的尺寸設計173.1輸送單元手臂伸縮氣缸方案一的尺寸設計173.2輸送單元手臂伸縮部分方案二的尺寸設計173.3.導向裝置2

2、03.4 平衡裝置203.5 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖20第四章  結論22致 謝23參考文獻24緒論 柔性制造系統(tǒng)(FMS)是集微電子技術、計算機技術、通信（略）控制技術于一體的具有高自動化程度的制造系統(tǒng).柔性制造系統(tǒng)一般是指在批量切削加工中以先進的自動化和高水平的柔性為目標的制造系統(tǒng).與舊產(chǎn)系統(tǒng)相比,柔性制造系統(tǒng)可適用于多品種產(chǎn)品的中小批量生產(chǎn),它減少了勞動力成本、節(jié)約了生產(chǎn)成本,提高了機床的利用率,縮短了中間產(chǎn)品庫存的時間.同時根據(jù)實際需要這種系統(tǒng)可以隨意裝拆和增加新的功能單元. 本論文所研究的柔性制造系統(tǒng)屬于生產(chǎn)實訓系統(tǒng),本文主要對柔性制造系統(tǒng)的輸送單元進行了系統(tǒng)的分

3、析和研究.在調研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎上,探究了柔性制造系統(tǒng)的整體構架及原理.論文重點研究了柔性制造系統(tǒng)輸送單元各種傳輸形式的結構構成、功能及工作原理, 機械手手臂裝置的設計，手臂伸縮氣缸的尺寸設計. 第一章 輸送單元的概述1.1課題的提出及主要任務物料輸送單元在整個柔性演示系統(tǒng)中扮演著至關重要的角色.物料輸送單元的結構設計是否合理及穩(wěn)定性能好壞直接反應了整個系統(tǒng)的優(yōu)劣.本設計中,采用性能穩(wěn)定,定位精度高的進口元部件作為物料的定位系統(tǒng)。利用可編程序控制器對機械手進行控制，選取了合適的PLC型號，根據(jù)機械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案，畫出了機械手的工作時序圖，并繪制了可編程序控制器的控

4、制程序。關鍵詞：換向閥、 機械手、氣動驅動、可編程控制器（PLC）1.2輸送單元的概述輸送單元由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種輸送裝置，它可自動控制、可重復編程、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。輸送單元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，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷力，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化過程

5、產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備.輸送單元能按給定程序、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)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產(chǎn)中應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，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、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.機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置

6、，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，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。1.3輸送單元的結構組成 輸送單元是YL-335A系統(tǒng)中最為重要同時也是承擔任務最為繁重的工作單元。該單元主要完成驅動抓取機械手裝置精確定位到指定單元的物料臺，在物料臺上抓取工件，把抓取到得工件輸送到指定地點然后放下的功能。同時，該單元在PPI網(wǎng)絡系統(tǒng)中擔任著主角色，它接收來自按鈕指示燈模塊的系統(tǒng)主令信號，讀取網(wǎng)絡上各從站的狀態(tài)信息，加以綜合后，向

7、各從站發(fā)送控制要求，協(xié)調整個系統(tǒng)的工作。輸送單元由抓取機械手裝置、步進電動機傳動組件、PLC模塊、按鈕指示燈模塊和接線端子排等部件組成，如圖1-1所示。 圖11 輸送單元的組成13.1氣動手指氣動手指由一個二位五通雙向電磁閥控制，帶狀態(tài)保持功能用于各個工作站抓取搬運。雙向電控閥工作原理和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器類似，即輸出狀態(tài)由輸入狀態(tài)決定，如果輸出狀態(tài)確認了，即使無輸入狀態(tài)雙向電控閥一樣保持被觸發(fā)前的狀態(tài)。132雙桿氣缸雙桿氣缸由一個二位五通單向電控閥控制，用于控制手爪伸出縮回。13.3回轉氣缸回轉氣缸由一個二位五通單向電控閥控制，用于控制手臂回轉90°旋轉，氣缸旋轉角度可以任意調節(jié)，調節(jié)范圍

8、0°180°，調節(jié)通過節(jié)流閥下方兩顆固定緩沖器調整。13.4提升氣缸提升氣缸由一個二位五通單向電控閥控制，用于整個機械手的提升下降。以上氣缸運行速度快慢由出氣口節(jié)流閥調整進氣量進行速度調節(jié)。135步進電動機步進電動機傳動組件用以拖動抓取機械手裝置作往復直線運動，完成精確定位的功能。136按鈕指示燈模塊該模塊放置在抽屜式模塊放置架上，模塊上安裝的所有元器件的引出線均連線到面板上的安全插孔。按鈕指示燈模塊內(nèi)安裝了按鈕開關，指示燈蜂鳴器和開關穩(wěn)壓電源等三類元器件，具體如下：（1）按鈕開關：急停按鈕一只，轉換開關二只，復位按鈕黃、綠、紅各一只，自鎖按鈕黃、綠、紅各一只。（2）指示燈

9、蜂鳴器：24指示燈黃、綠、紅各二只，蜂鳴器一只。（3）開關穩(wěn)壓電源：DC246A，122A各一組。一)施行機構包括手部 、伎倆、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。1、手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的方式差別，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所組成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動方式有回轉型和平移 2、手腕是連接手部和手臂的部件，可以調整和改變工件方位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動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構

10、、螺旋機構和凸輪機構等)與驅動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。圖 2 機械手的手臂運動示意圖手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉動，都需要有導向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉力矩以及手臂回轉運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。導向裝置結構形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導向型式。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

11、式立柱。5、行走機構當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構，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可分為有軌的和無軌的兩種。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。6、機座機座是機械手的基礎部分。執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，起支承和連接的作用。有時為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。 驅動系統(tǒng)：驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動?？刂葡到y(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

12、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)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置：控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。1.37機械手的分類1.機械手的分類機械手按不同的標準可有不同的分類方法，如按用途可分為通用機

13、械手和專用機械手；按驅動方式可分為液壓驅動機械手、氣壓驅動機械手、電力驅動機械手和機械驅動機械手；按控制方式可分為點位控制機械手和連續(xù)軌跡控制機械手兩種。工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在實際應用中，大多按運動坐標形式將機械手分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)坐標式四種，在此暫按使用范圍、控制系統(tǒng)和坐標式等進行分類 (一) 按坐標系分類其坐標型式可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)式。 (二)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

14、一、結構簡單、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，通過調整可在不同場合使用，驅動系統(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”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)

15、控類型。 (三)按控制方式分1、 點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。第二章 輸送單元機械手手臂裝置的設計方案  對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾一放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工

16、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、尺寸和質量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結構及運行控制的要求，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，并能實柔性轉換和編程控制.2.1機械手的運動機械手以及其手部所夾持的工件（或工具）在空間的位置，由臂部、腕部等組成部件以及整機的各自獨立運動的合成來確定。如圖2所示，機械手通?？蓪崿F(xiàn)如下的基本動作：手臂的運動：伸縮運動、回轉運動、上下擺

17、動（即俯仰）、升降運動。手腕的運動：回轉運動、上下擺動、左右擺動。手部的運動：夾緊和松開。整機主體的運動：整機行走。機械手的每一個運動，必須要配有一個原動件，當各原動件按一定的規(guī)律運動時，機械手各運動部件隨之作確定的運動，從而使機械手具有運動和位置的確定性。2.2 機械手的手臂結構方案設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、左右回轉和降(或俯仰)運動。手臂的回轉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2.3機械手的主要參數(shù)1.機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動方式驅動，查閱相關機械手的設計參數(shù)，結合工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，本設計設計抓取的工件質量為

18、10公斤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的速度。1抓取重量抓取重量（又稱臂力）是指機械手所能抓取或搬運物件的最大重量，它對其他參數(shù)如行程范圍、運動速度、坐標形式和緩沖裝置的設計均有影響，是機械手最基本的參數(shù)。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運動速度運動速度反映了機械手的生產(chǎn)水平，影響機械手的運動周期和工作效率，很多機械手由于速度低而限制

19、了它的使用范圍。影響機械手動作快慢的兩個主要運動是手臂的伸縮和回轉運動。速度大小與機械手的驅動方式、定位方式、抓重大小和行程距離有關系?；緟?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升降及旋轉的速度。該機械手最大移動速度設計為1.2m/s，最大旋轉速度設計為1200°/s，平均移動速度為lm/s，平均回轉速度為900°/s。機械手動作時有啟動、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，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運

20、動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當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200mm。手臂回轉行程范圍定為2400(應大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機械手設計成手臂安裝范圍可調，從而擴大了它的使用范圍。手臂升降行程定為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0.5±lmm3.行程范圍機械手的手臂運動行程對使用性能有較大的影響

21、。一般來說，通用機械手的手臂回轉應盡可能大些，回轉行程范圍應大于180º，使機械手具有一定的通用性；手臂伸縮行程及工作半徑要適宜，太大會增加手臂懸伸量，相應的偏重力矩和轉動慣量也增加，且剛性降低，對于定位精度也難以保證。4定位精度定位精度是衡量機械手工作質量的又一重要指標，是指機械手的運動部件從某一起始位置運動到預期的另一位置時所到達的實際位置的準確程度。定位精度的高低取決于位置控制方式以及機械手運動部件本身的精度和剛度，并和抓取重量、運動速度等因素也有密切關系。定位精度包括位置設定精度和重復定位精度兩種，一般所說的定位精度是指重復定位精度。2.4手部要求2.4.1概述手部是機械手直

22、接抓取和握緊（或吸附）物件或夾持專用工具執(zhí)行作業(yè)任務的部件，因此手部的結構和尺寸應依據(jù)作業(yè)任務要求來設計，從而形成了多種多樣的結構型式。它安裝在手臂的前端，可以模仿人手動作。如 圖3所示：圖3設計手部時除了要滿足抓取要求外，還應滿足以下幾點要求： (1)手指握力的大小要適宜確定手指的握力（即夾緊力）時，應考慮工件重量以及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，但握力太大又會造成浪費并可能損壞工件。 (2)應保證工件能順利地進入或脫開手指開合式手指應具有足夠大的張開角度來適應較大的直徑范圍，保證有足夠的夾緊距離以方便地抓取和松開工件。移動式鉗爪要有

23、足夠大的移動范圍。 (3)應具有足夠的強度和剛度，并且自身重量輕因受到被夾持工件的反作用力和運動過程中的慣性力、振動等的影響，要求機械手具有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但結構要簡單緊湊、自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉軸線上，使手腕的扭轉力矩最小。 (4）動作迅速、靈活、準確，通用機械手還要求更換手部方便根據(jù)用途手部可分為夾持式手部、吸附式手部和專用工具（噴槍、扳手、焊接工具）三類，1夾持式手部夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應性，故應用較廣。它的動作與鋼絲鉗或臺虎鉗相似。夾持式手部是由驅動裝置、傳動機構和手指（或手爪）等組成。驅動裝置多半用活塞缸。傳動機構

24、常用連桿機構、滑槽杠桿機構、齒輪齒條機構等。手指通常是兩指，也有多指等形式。指端是手指上直接與被夾持工件接觸的部位，它的結構形狀取決于工件的形狀。手部結構按模仿人手手指的動作，可分為回轉型、移動型等型式。回轉型的連桿傳動手部它由雙作用活塞缸、連桿機構和手指組成。當驅動活塞左右移動時，通過連桿機構使手指閉合或張開。這種結構由于各連桿間都是鉸鏈連接，故能傳遞較大的作用力。另外，在一定的驅動力條件下，適當?shù)剡x擇連桿尺寸可使手指獲得較大的夾緊力。但應注意，當活塞向左移動到使連桿組成的角a為零時，手指已閉合到極限位置。若此時手指還沒有夾緊工件，活塞再左移則手指反而要張開。因此，設計時須注意工件尺寸及各連

25、桿尺寸，保證a角要大于零。2吸附式手部吸附式手部是靠吸附力抓取物料，它適用于抓取大平面、易碎、微小等類型的物料。吸附式手部有真空負壓吸盤和電磁吸盤兩種。a真空負壓吸盤真空負壓吸盤是用橡膠或軟塑料制成碗狀，使之在吸盤中形成真空而把工件吸附住，多半應用于抓取薄板工件及弧形殼體工件等。其特點是結構簡單、重量輕、表面吸附力分布均勻，但對吸取的工件表面要求平整而無孔洞，它不宜吸取過重的工件。b電磁吸盤電磁吸盤是采用電磁鐵，通過磁場吸力作用吸取工件。它的結構簡單，但只適用于磁性材料工件，不能在高溫下應用。所以經(jīng)過對比我選取了夾持式手剖及氣流負壓式吸盤2.5機械手的技術參數(shù)列表一、用途:用于自動輸送線的上下

26、料。二、設計技術參數(shù):1、抓重10公斤 (夾持式手部)5公斤（氣流負壓式吸盤）2、自由度數(shù)：3個自由度3、坐標型式：圓柱坐標4、最大工作半徑：1500mm5、手臂最大中心高：1380mm6、手臂運動參數(shù)： 升降行程   200mm升降速度   300mm/s回轉范圍    0° 180°回轉速度      90°7、手腕運動參數(shù)：回轉范圍    0° 180°回轉速度  

27、60; 180°/s8、手指夾持范圍：棒料 : 80150mm片料 : 面 積不大于0.5m Z9、定位方式：行程開關或可調機械擋塊等10、定位精度：士0.5mml1、緩沖方式：液壓緩沖器12、驅動方式：氣壓傳動13、控制方式：點位程序控制第三章 輸送單元手臂伸縮氣缸的設計3.1輸送單元手臂伸縮氣缸方案一的設計為方便大規(guī)模生產(chǎn)需求以及采購，根據(jù)實驗設計要求，手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標準氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結構特點，尺寸參數(shù)，結合本設計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63MM. (1).在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=

28、31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設計使用壓強。 則驅動力：F=P×R2=0.4×106×3.14×0.03152=1246N（2）. 測定手腕質量為5kg,設計加速度a=10(m/s)，則慣性力 F1=am =10×5=50N（3）.考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數(shù)k=0.2Fm=k×F1 =50×0.2=10N 總受力F0=F1+Fm =50+10=60N F0<F 所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求要求。3.2輸送單元手臂伸縮部分方案二的設計為使所設計的機械手擁有更高精度，同時便于安裝調試，現(xiàn)

29、設計手臂伸縮部分第二套方案。(1) 活塞桿上輸出力和缸徑的計算活塞左行時活塞桿產(chǎn)生推力F1,活塞右行時產(chǎn)生拉力F2。 F1=D2p÷4×FZ F2=(D2-d2)÷4×FZ 式中 F1-活塞桿的推力(N); F2-活塞桿的拉力(N); D-活塞直徑(m); d-活塞桿直徑(m); p-氣缸工作壓力(Pa); FZ -氣缸工作總阻力(N); 氣缸工作時的總阻力FZ與眾多因素有關,如運動部件慣性力,背壓阻力,密封處摩擦力等.以上因素可以載荷率的形式計入公式,如要求氣缸的靜推力F1和靜拉力FZ,則計入載荷率后 計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特征.若氣缸動態(tài)

30、參數(shù)要求較高;且工作頻率高,其載荷率一般取 ,速度高時取小值,速度低時取大值.若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般,且工作頻率低,基本是勻速運動,其載荷率可取。根據(jù)要求本次設計中,我們?nèi)　；钊麠U拉力為克服機械手的自重（1.5KG）和克服抓取物的重量(0.5KG)所用的力為F2=(1.5+0.5)×10=20N可求得氣缸直徑D。當推力作功時 活塞桿d可根據(jù)氣缸拉力預先估定。估定活塞桿直徑可按 d/D=0.20.3計算得 =85mm 式中系數(shù)在缸徑較大時取小值，缸徑較小時取大值。 以上公式計算出的氣缸內(nèi)徑D應圓整為標準值。 根據(jù)d/D=0.20.3可估算得 d=12cm（2）活塞桿的計算1）按強度條件

31、計算 當活塞桿的長度L較小時（L10d），可以只按強度條件計算活塞桿直徑d 式中 F1-氣缸的推力（N）； 活塞桿材料的許用應力(Pa), 材料的抗拉強度（Pa）； S-安全系數(shù)，S1.4。按縱向彎曲極限力計算 氣缸承受軸向壓力以后，會產(chǎn)生軸向彎曲，當縱向力達到極限力Fk以后，活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關。 當長細比 時 Fk=n2EI/L2 當長細比 時 式中 L-活塞桿計算長度（m） K-活塞桿橫截面回轉半徑， 實心桿 空心桿 I-活塞桿橫截面慣性矩， 實心桿 I=d4/64 空心桿 I=(d4-d04)/64 d0-空心活塞桿內(nèi)

32、徑直徑（m）； A1-活塞桿截面積 實心桿 A1=d2/4 空心桿 A1=(d2- d02)/4 n-系數(shù)d02，見表3-3 E-材料彈性模量，對鋼取E=2.1×1011Pa f-材料強度實驗值，對鋼取f=49×107Pa a-系數(shù)，對鋼取a=1/50003.3.導向裝置氣壓驅動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉動，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，在設計手臂結構時，應該采用導向裝置。具體的安裝形式應該根據(jù)本設計的具體結構和抓取物體重量等因素來確定，同時在結構設計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉中心的慣量。

33、 導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設計中才用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。3.4 平衡裝置 在本設計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。3.5 氣壓傳動系統(tǒng)工作原理圖圖 4 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（排氣壓力大于0.4-0.6MPa）通過快換接頭進入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調壓閥、油霧器，進入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 圖 4 機械

34、手氣壓傳動原理圖序號型號規(guī)格名稱數(shù)量1QF-44氣動截止閥12儲氣缸23QSL-26-S(1)分水濾氣器14QTY-20-S(1)減壓閥15QIU-20-S(1)油霧器16YJ-1壓力繼電器17Q(2)4DH-10-S(1)二位五通電磁換向閥18Q24D(2)H-10-S(1)二位五通電磁換向閥49Q24D(2)H-15-S(1)二位五通電磁換向閥110單向節(jié)流閥211LI-25單向節(jié)流閥212快速排氣閥213氣液轉換器1表3各執(zhí)行機構調速。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)流阻尼螺釘進行調速，這種方法的特點是結構簡單，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，

35、可以加快啟動速度，也可調節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調節(jié)手臂上升速度。由于手臂可自重下降，其速度調節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側的排氣節(jié)流，可用來調整回轉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調節(jié)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來確定的。第四章  結論1、 本次設計的是氣動通用機械手，相對于專用機械手，通用機械手的自由度可變，控制程序可調，因此適

36、用面更廣。2、該機械手可以選擇配置普通的夾持手指，以抓取一般工件;也可更換噴射式氣流負壓吸盤，以吸附玻璃、墻地磚等板料及光盤、磁盤等薄型不透氣工件，使機械手的用途更多，使用范圍更廣。另外，該機械手既可以用于搬運小型零件，也可供教學、實驗使用。3、采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。同時成本低廉。4、機械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設定PLC程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。5

37、、如果該PLC程序再和組態(tài)監(jiān)控軟件連接將能更形象的表達出機械手的實時工作過程，可達到操作遠程監(jiān)控機械運轉的效果，讓操作人員遠離惡劣的工作環(huán)境，但遺憾的是我們沒有做出組態(tài)的動畫效果。 致 謝首先，我要感謝王老師對我畢業(yè)設計的指導。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和精益求精的工作作風使我收益匪淺。在此，我首先向老師表示誠摯的感謝，并致以崇高的敬意。在這次畢業(yè)設計課題研究中，王老師抽出寶貴的時間給予我指導，并給予了很多的建議，讓我知道了在做畢業(yè)設計時應多方面考慮問題。同時，在著三年日常生活和學習中，陜航學院的各位老師以及全體同學給予我的大力支持和幫助，在此，我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師和同學表示忠心的感謝，感謝我的各位老師，感謝我的朋友。感謝陜航學院為我提供的良好學習環(huán)境。老師認真、負責的工作態(tài)度，讓我在此次設計路上走的更為平坦，衷心的感謝老師，您辛苦了！ 同時，在大學三年里我學到了很多很多知識，都離不開教導我的每一位老師，是他們辛勤的培養(yǎng)，使我受益匪淺，我深深