气动机械手毕业设计论文费下载(3)

便于自动控制

(4)能源可储存

压缩空气可存贮在储气罐中 因此

发生突然断电等情况时

机器及其工艺流程不致突然中断

(5)工作环境适应性好

在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中 气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越 而且不会因温度变化影响传动及控制性能

(6)成本低廉

由于气动系统工作压力较低

因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求 制造容易 成本较低

传统观点认为:由于气体具有可压缩性 因此

在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下 似乎更难想象)

此外气源工作压力较低 抓举力较小

虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受 而且对于不太复杂的机械手

用气动元件组成的控制系统己被接受

但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够 因此在工业自动化领域里

对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑

1.4.2课题的主要任务

本课题将要完成的主要任务如下: (1) 进行气动机械手的总体研究 并进行整体运动方式设计；

(2) 设计气动机械手气路设计 进行关键部件的设计计算；

(3) 用PLC对机械手控制的总体设计；

第二章 机械手的设计方案

对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾-放和搬运物件

这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性

设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求 拟定最合理的作业工序和工艺

并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性 定位精度要求

抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等

从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件 简化设计制造过程 兼顾通用性和专用性

并能实现柔性转换和编程控制. 2.1机械手的坐标型式与自由度

按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况

其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式 由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动 因此

采用圆柱坐标型式

相应的机械手具有四个自由度 为了弥补升降运动行程较小的缺点 增加手臂摆动机构

从而增加一个手臂上下摆动的自由度

图2-1 机械手的运动示意图 2.2 机械手的手部结构方案设计 为了使机械手的通用性更强

把机械手的手部结构设计成可更换结构 当工件是棒料时

使用夹持式手部;当工件是板料时 使用气流负压式吸盘

2.3 机械手的手腕结构方案设计 考虑到机械手的通用性 同时由于被抓取工件是水平放置

因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求 因此

手腕设计成回转结构

实现手腕回转运动的机构为回转气缸

2.4 机械手的手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求 本机械手的手臂有四个自由度

即手臂的伸缩、左右回转和升降运动

手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的 立柱的横向移动即为手臂的横移

手臂的各种运动由气缸来实现

2.5 机械手的驱动方案设计

由于气压传动系统的动作迅速 反应灵敏

阻力损失和泄漏较小

成本低廉因此本机械手采用气压传动方式

2.6 机械手的控制方案设计 考虑到机械手的通用性 同时使用点位控制

因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制 当机械手的动作流程改变时 只需改变PLC程序即可实现 非常方便快捷

2.7 机械手的主要参数

1.机械手的最大抓重是其规格的主参数 由于是采用气动方式驱动

因此考虑抓取的物体不应该太重 查阅相关机械手的设计参数 结合工业生产的实际情况

本设计设计抓取的工件质量为1公斤

2.基本参数运动速度是机械手主要的基本参数 操作节拍对机械手速度提出了要求 设计速度过低限制了它的使用范围

而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度 该机械手最大移动速度设计为0.1m/s 最大回转速度设计为 平均移动速度为0.08m/s 平均回转速度为

2.8 机械手的技术参数列表 一、用途:

用于自动输送线的上下料

二、设计技术参数: 1、抓重 1千克

2、自由度数 4个自由度 3、坐标型式 圆柱坐标

4、手臂运动参数 伸缩行程100mm 伸缩速度40mm/s 升降行程150mm 升降速度100mm/s 回转范围 回转速度

5、手腕运动参数 回转范围 回转速度

6、手指夹持范围 棒料: ?10-?40 9、定位方式 行程开关 10、定位精度

11、驱动方式 气压传动 12、控制方式

点位程序控制(采用PLC) 2.9 前法兰式气缸的简介

气缸是使机械装置进行直线往复运动的气动执行元件 气缸的类型有很多种 根据使用的需要进行选择

前法兰式气缸的特点：它是用螺钉紧固 易于安装

它的缺点是螺钉所承受的轴向力较大！

第三章 手臂伸缩、回转气缸的尺寸设计与校核 3.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 根据实验设计要求

手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸 参看此公司生产的各种型号的结构特点 尺寸参数

结合本设计的实际要求 气缸用CTA型气缸

尺寸系列初选内径为63/63. (1).在校核尺寸时 只需校核气缸内径=63mm

半径R=31.5mm的气缸的尺寸满足使用要求即可 设计使用压强

则驱动力：

（2）. 测定手腕质量和重物的质量之和为7kg 设计加速度 则惯性力

=10×7=70

（3）.考虑活塞等的摩擦力 设定摩擦系数

=70×0.2 =14 总受力

=70+14=84

所以标准CTA气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求 （2）活塞杆的计算

1）按强度条件计算 当活塞杆的长度L较小时（L≤10d） 可以只按强度条件计算活塞杆直径d 式中 气缸的推力（N）；

活塞杆材料的许用应力(Pa)

材料的抗拉强度（Pa）； 安全系数 S≥1.4

按纵向弯曲极限力计算 气缸承受轴向压力以后 会产生轴向弯曲

当纵向力达到极限力以后 活塞杆会产生永久性弯曲变形 出现不稳定现象

该极限力与缸的安装方式、活塞杆直径及行程有关

当长细比 时 当长细比 时

式中 活塞杆计算长度（m） 活塞杆横截面回转半径

实心杆