夾緊裝置及其氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 夾緊裝置及其氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 世界工業(yè)化程度的進(jìn)行中，很多的生產(chǎn)勞動(dòng)都與自動(dòng)化息息相關(guān)，在眾多的生產(chǎn)加工以及其他活動(dòng)中，越來(lái)越離不開自動(dòng)化設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)代替人類完成了很多繁重的生產(chǎn)勞動(dòng)，由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，很多工序由機(jī)械手完成。 對(duì)比近些年來(lái)機(jī)械手的發(fā)展歷程，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需要，在對(duì)比眾多的驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)下，最終選擇采用PLC控制系統(tǒng)控制以及氣壓傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)這一設(shè)計(jì)方案。此方案充分兼顧了機(jī)械手的軟件和硬件上的優(yōu)缺點(diǎn)，在對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化后 ，最后提出一種簡(jiǎn)易、易于實(shí)現(xiàn)、理論明確的設(shè)計(jì)方案。 本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容是零件自動(dòng)存放裝置的夾緊機(jī)構(gòu)以

2、及氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)出一臺(tái)以控制系統(tǒng)控制、氣壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)械手，該裝置將結(jié)合機(jī)床，完成工件的抓取和放置。 關(guān)鍵詞：氣壓，工業(yè)機(jī)械手，夾緊 Abstract In the process of industrialization in the world, a lot of production labor is closely related to automation. In many production and processing and other activities, it is increasingly insepara

3、ble from automation equipment. The emergence of industrial robots has replaced a lot of heavy production work for humans. Due to the complex industrial production environment, many processes are completed by robots. Compared with the development process of the manipulator in recent years, combined

4、with the actual production needs, under the comparison of many driving methods and control systems, the PLC control system control and pneumatic transmission method were finally selected to drive this design scheme. This scheme fully takes into account the advantages and disadvantages of the softwar

5、e and hardware of the manipulator. After optimizing the system, a simple, easy to implement, and theoretically clear design scheme is finally proposed. The design content of this article is the clamping mechanism and pneumatic drive system of the parts automatic storage device. According to the pro

6、duction environment and labor intensity, an industrial manipulator designed by the control system and driven by the pneumatic system is designed. This device will be combined with the machine tool to complete the grasping and placement of the workpiece. Keywords: air pressure, industrial robot，Clam

7、ping 目錄 摘要 3 Abstract 4 目錄 5 一、緒論 7 1.1研究的目的及意義 7 1.2.機(jī)械手的分類 7 1.3國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 10 1.4機(jī)械手的主要特點(diǎn) 11 二、機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 11 2.1機(jī)械手的組成 11 2.2機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 13 2.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 14 2.2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 16 2.2.3控制機(jī)構(gòu) 16 三、 機(jī)械手氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 四、夾爪驅(qū)動(dòng)力及氣缸選擇 20 4.1夾爪驅(qū)動(dòng)力和氣缸選擇 20 4.1.1手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 20 4.1.2氣缸的直徑 22 4.1.3缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 24

8、五、整體結(jié)構(gòu) 25 六、結(jié)論 26 參考文獻(xiàn) 27 致 謝 29  一、緒論 1.1研究的目的及意義 機(jī)械手已經(jīng)滲透在人們生活的方方面面，在社會(huì)不斷進(jìn)步和科技不斷發(fā)展的今天，它已經(jīng)可以代替人們完成單調(diào)的普通工作，例如：搬運(yùn)貨物、下料。此外也可以替人們完成高精度的工作，例如：焊接、無(wú)塵床房操作。在各行各業(yè)，機(jī)械手正成為舉足輕重的加工生產(chǎn)器械。由于它還可以與自動(dòng)化相結(jié)合，所以被廣泛應(yīng)用于制造、冶金、電子、輕工業(yè)等部門。 機(jī)械手的出現(xiàn)，替代了人類在極度危險(xiǎn)環(huán)境下工作，此外也從瑣碎重復(fù)無(wú)趣的體力勞動(dòng)中解放了人類。它不僅促進(jìn)了生產(chǎn)效益，還提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。在我國(guó)很多地方，輕

9、工業(yè)以及小型汽車生產(chǎn)中，一個(gè)零件的擺放和抓取工序還需要依靠人工完成，這大大降低了生產(chǎn)效率，而且還浪費(fèi)人力。出于這個(gè)原因，設(shè)計(jì)一臺(tái)取代取代人力的機(jī)械手。該機(jī)械手采用氣動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制。它可以在復(fù)雜的工作環(huán)境中正常運(yùn)行，并在很大程度上替代了工人。 1.2.機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手有很多種。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)官方一致的分類準(zhǔn)則，所以在這里按照使用的領(lǐng)域、提供動(dòng)力的方式、控制系統(tǒng)對(duì)它們進(jìn)行分類。 （1）按使用領(lǐng)域分類 1.專用機(jī)械手 這種機(jī)械手沒(méi)有獨(dú)立運(yùn)行的控制系統(tǒng)，通常只有已經(jīng)編輯好的運(yùn)行程序。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低下，常常被安裝在機(jī)械或者生產(chǎn)線上，被用來(lái)輸送

10、物件或者進(jìn)行單一操作，例如“用來(lái)進(jìn)行上下料的機(jī)械手”。由于其動(dòng)作單一和普通，適用于大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線上。 2.通用機(jī)械手 與專用機(jī)械手相反，通用機(jī)械手擁有獨(dú)立的控制系統(tǒng)并且可以進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，不用依附外在機(jī)器上，同樣也可以完成輸送物件或者進(jìn)行單一操作。通用機(jī)械手可分簡(jiǎn)易型和伺服型，簡(jiǎn)易型由程序進(jìn)行控制，只能進(jìn)行點(diǎn)位控制；而伺服型屬于數(shù)字控制，可以點(diǎn)位也可以連續(xù)軌跡控制。 （2）按驅(qū)動(dòng)方式分類 1.液壓機(jī)械手 液壓機(jī)械手顧名思義是由液壓傳動(dòng)提供動(dòng)力運(yùn)行的機(jī)械手。液壓傳動(dòng)用液壓油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它的優(yōu)點(diǎn)是提供的驅(qū)動(dòng)力大、傳動(dòng)較為和平穩(wěn)當(dāng)、靈敏性能較高。缺點(diǎn)是，對(duì)使用環(huán)境有很大要求，首先必須保證液

11、壓裝置的密封性能好，否則泄露對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性起很大的影響，降低驅(qū)動(dòng)能力，因此液壓驅(qū)動(dòng)對(duì)環(huán)境有較高的要求，例如不能在高溫或者低溫下工作。 2.氣動(dòng)機(jī)械手 氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)力源來(lái)自空氣，其工作原理是通過(guò)壓縮外界空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手?？諝饧礊閭鲃?dòng)介質(zhì)，空氣易于提取，排放也無(wú)污染，所以傳動(dòng)成本地下，操作方便快捷。缺點(diǎn)是空氣需要進(jìn)行壓縮，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手速度的穩(wěn)定性相對(duì)較差，所以氣壓傳動(dòng)可以拾取的重量比液壓傳動(dòng)小很多。優(yōu)點(diǎn)是氣壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，相同條件下，首選氣壓驅(qū)動(dòng)。 3.機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械傳動(dòng)主要通過(guò)純機(jī)械結(jié)構(gòu)間的相互運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行力的傳播，機(jī)械傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)有很多種，例如齒輪和齒條、蝸輪蝸桿、凸輪等。它們的

12、動(dòng)力統(tǒng)一由主機(jī)傳遞，如電機(jī)、馬達(dá)等。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)作單一，一般被用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的上下料工作。 4.電力機(jī)械手 電力機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式是通過(guò)電動(dòng)機(jī)，而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可分為直線電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，兩種電動(dòng)機(jī)各有千秋，使用條件不同。不同于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手，電力機(jī)械手沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)的相互作用，它直接由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，所以它結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)和使用非常方便。 （3）按控制方式分類 1.點(diǎn)位控制 點(diǎn)位控制即機(jī)械手只能進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)，稱為直線運(yùn)動(dòng)，而無(wú)法進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)，倘若通過(guò)增加點(diǎn)數(shù)來(lái)描繪曲線運(yùn)動(dòng)，則增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜和電氣元件的使用，成本較高。 2.連續(xù)軌跡控制 連續(xù)軌跡控制即機(jī)

13、械手進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是通過(guò)增加點(diǎn)位來(lái)描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，通常機(jī)械手采用這種控制，但缺點(diǎn)是這種運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高。 1.3國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械手技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科集合技術(shù)，分別集合了計(jì)算機(jī)、機(jī)械機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化控制、人工智能、仿生學(xué)等學(xué)科，大家稱機(jī)器手技術(shù)為當(dāng)今火熱、應(yīng)用廣泛的高新型技術(shù)。衡量一個(gè)國(guó)家的自動(dòng)化水平，無(wú)疑是比較機(jī)械手技術(shù)。某種意義上，機(jī)器人代替了人類完成人工生產(chǎn)勞動(dòng)，它還是一種既擁有人的行為特長(zhǎng)也擁有機(jī)器特長(zhǎng)的一種先進(jìn)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。目前國(guó)外的機(jī)械人水平不斷提高，他們追求機(jī)器的高精度、高速度以及便于操作。出現(xiàn)了可進(jìn)行重組的俗稱“模塊化”機(jī)械手，例如用組成機(jī)

14、械手關(guān)節(jié)的模塊和連桿模塊即可重組機(jī)器人。機(jī)械手的傳感技術(shù)也逐漸完善，多樣化和復(fù)雜化，傳統(tǒng)的傳感器只應(yīng)用在測(cè)量位置、速度、加速度上，而多樣化后，傳感器還包括視覺(jué)、聲覺(jué)以及力覺(jué)傳感器，大大提高了機(jī)械手的感應(yīng)水平。虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器人也在發(fā)展中，它是一種用于模擬遠(yuǎn)程操作環(huán)境的機(jī)器人，讓使用者感受置身與工作環(huán)境。 我國(guó)機(jī)械手經(jīng)歷了多年的發(fā)展，從70年代初，到90年代，前后經(jīng)歷了萌芽、開發(fā)和應(yīng)用階段。但是我國(guó)機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)不容樂(lè)觀，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)依舊被國(guó)外企業(yè)占據(jù)著，中國(guó)的制造業(yè)要參與國(guó)際分工，必須繼續(xù)推行科技創(chuàng)新，改善我國(guó)自動(dòng)化水平的狀況。此外機(jī)械手的發(fā)展也依賴政府的政策支持和資金投入。 機(jī)械手已經(jīng)

15、在眾多領(lǐng)域得到發(fā)展應(yīng)用，從最初的汽車制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)到非制造領(lǐng)域。例如，維護(hù)和維修機(jī)器人，建筑水電機(jī)器人。此外機(jī)械手也廣泛遍布國(guó)防、軍事、食品加工等領(lǐng)域。 1.4機(jī)械手的主要特點(diǎn) 1）它具有很強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的能力，可以代替人們?cè)趶?fù)雜而有害的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作。 2）該機(jī)械手堅(jiān)固耐用，可以使人們免于繁重而單調(diào)的工作，并擴(kuò)展和擴(kuò)展了人體功能。 3）穩(wěn)定和有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，此外還可以免去人為操作錯(cuò)誤 4）機(jī)械手的應(yīng)用，可提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益，減少人工成本 二、機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 2.1機(jī)械手的組成 圖2.1所示工業(yè)機(jī)械手由控制、驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行三大機(jī)構(gòu)組成。 圖2.1機(jī)械手工作原理

16、圖 合格的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手應(yīng)具備快速反應(yīng)的能力，工作時(shí)候?qū)庸すぜM(jìn)行夾取和放置，機(jī)械手本身需能夠及時(shí)響應(yīng)并且精度不受影響，此外工作的區(qū)域足夠和靈活也是重點(diǎn)。對(duì)待機(jī)械手的設(shè)計(jì)，需要經(jīng)過(guò)慎重驗(yàn)證和考慮，首先需要了解機(jī)械手作用的環(huán)境、對(duì)象、技術(shù)要求，綜合各條件再提出最后的設(shè)計(jì)方案，使制造的機(jī)械手符合生產(chǎn)工藝的操作要求，并且適應(yīng)操作環(huán)境。對(duì)機(jī)械手工作也有基本要求，首先工作前需要先了解被加工工件的基本特性，例如工件的結(jié)構(gòu)特征、材料特征等，其次是工件的精度要求和尺寸質(zhì)量參數(shù)，基于以上條件再對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)制造，減免不必要的設(shè)計(jì)累贅。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手為通用機(jī)械手，它的主要功能是進(jìn)行零

17、件的夾取和安放，該機(jī)械手為通用機(jī)機(jī)械手，所以適合中小批量化的生產(chǎn)，通過(guò)改變程序，可以進(jìn)行不同的工作內(nèi)容，在不同環(huán)境場(chǎng)合工作。 對(duì)機(jī)械手能力評(píng)估就是其能夠夾取物品的最大重量，相比液壓機(jī)械手，氣壓機(jī)械手能夠夾取的物品不能太重。查詢相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，再結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求，本設(shè)計(jì)擬定氣動(dòng)機(jī)械手能夾取物品的重量為5kg。 此外還需考慮機(jī)械手的工作移動(dòng)速度，太快和太慢都影響加工工作，本機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)為1.0m/s，平均速度設(shè)為0.8m/s。 圖2.2夾爪模塊 圖2.3夾爪俯視圖 2.2機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途:用于自動(dòng)拾取和擺放工件。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): （1）抓

18、重: （2）自由度數(shù):2個(gè)自由度 （3）平均移動(dòng)速度： （4）定位方式:行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 （5）定位精度: （6）驅(qū)動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng) （7）控制方式:PLC 2.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械手夾爪處，夾爪用來(lái)進(jìn)行夾緊。對(duì)夾爪的要求是，能夠快速反應(yīng)，并且反應(yīng)準(zhǔn)確可靠。在設(shè)計(jì)夾爪機(jī)構(gòu)時(shí)有很多考量。首先需要考慮的三個(gè)參數(shù)分別為機(jī)械手的速度、加速度和坐標(biāo)位置，其次要通過(guò)夾緊重量來(lái)計(jì)算夾緊力、慣性大小。由于該機(jī)械手為通用機(jī)械手，夾爪處應(yīng)該設(shè)計(jì)成可以進(jìn)行裝卸的結(jié)構(gòu)，使其可以根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)大小特性換取不用的夾爪機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行工作，從而做到機(jī)械手通用性。需要注意的是，夾緊力不適宜過(guò)大

19、，否則容易夾壞工件，因此在控制夾緊力范圍的前提下，也需要在夾爪處安裝軟墊片或者彈性墊片，用來(lái)防止工件被破壞?？紤]到極端環(huán)境機(jī)器斷電情況下，還需要考慮突然斷電工件不能掉下的情況，因此需要設(shè)計(jì)一種自鎖結(jié)構(gòu)，在突然斷電情況下，工件被鎖緊在機(jī)械手里不能掉落。夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于靈活設(shè)計(jì)和應(yīng)用。 夾緊方案有很多種，常見(jiàn)的有機(jī)械夾緊、吸盤夾緊和電磁夾緊等類型。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手處于夾緊狀態(tài)時(shí)，其上方有存儲(chǔ)空間。處理后的零件通過(guò)導(dǎo)軌滑到機(jī)械手。 機(jī)械手是模仿人的手指，具有人手部的運(yùn)動(dòng)特性。機(jī)械手夾緊分為內(nèi)部支撐、外部支撐和自鎖型三種。常見(jiàn)的有二指型、三指型和四指型。本設(shè)計(jì)用四指型，即氣動(dòng)夾緊爪。 電磁動(dòng)作

20、由PLC控制，以控制夾具的打開和關(guān)閉。 圖2.4單個(gè)夾爪 圖2.5機(jī)械主視圖 2.2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 由于氣動(dòng)控制的介質(zhì)提取以及排放處理較為方便，結(jié)合機(jī)械手的控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)選用氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。夾爪部位主要缸進(jìn)行夾緊。 圖2.6夾緊氣缸 2.2.3控制機(jī)構(gòu) PLC控制系統(tǒng)控制 編程設(shè)計(jì)主要包括手動(dòng)編程，停止，緊急停止，復(fù)位，報(bào)警編程和自動(dòng)操作編程 1）為了滿足設(shè)備調(diào)試和維護(hù)的需要，系統(tǒng)需要一步控制每個(gè)氣缸，并且可以在觸摸屏界面上設(shè)置相應(yīng)的手動(dòng)控制按鈕。 2）為了滿足設(shè)備的正常安全運(yùn)行，必須設(shè)置停機(jī)，急停，故障報(bào)警等功能。按下停止按鈕后，系統(tǒng)將在當(dāng)前循環(huán)結(jié)束后停止為

21、零。當(dāng)按下緊急停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)立即停止所有動(dòng)作。如果系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)生任何故障，則應(yīng)立即停止所有動(dòng)作并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。 3）系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行，只需啟動(dòng)，根據(jù)程序的設(shè)定，機(jī)械手可以進(jìn)行工件抓取、搬運(yùn)和放置。 3、 機(jī)械手氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)是機(jī)械手設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，動(dòng)力源有氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)四種。由于氣動(dòng)控制介質(zhì)的提取和處理方便，阻損失和泄漏小，動(dòng)作快，響應(yīng)靈敏，工作環(huán)境適應(yīng)性好，成本低。 目前很多機(jī)械手使用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但液壓傳動(dòng)有它的局限性，常見(jiàn)有以下幾種： （1） 液壓傳動(dòng)能量容易損耗，比如摩擦的損耗和泄露的損耗，能量損耗會(huì)導(dǎo)致機(jī)械手運(yùn)行不穩(wěn)定，降低其

22、操作精度。此外液壓傳動(dòng)對(duì)密封性有較高要求，液壓油容易泄露，泄露的油污染了操縱車間，嚴(yán)重還會(huì)引起火災(zāi)。 （2） 因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)驅(qū)動(dòng)的重量較大，所以工作時(shí)候溫度的變化較大，而溫度影響液體的粘度，油溫產(chǎn)生變化時(shí)，運(yùn)動(dòng)特性也會(huì)隨著變化，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)特性變化。 （3） 液壓油中難免混合著空氣，導(dǎo)致液壓傳動(dòng)過(guò)程中噪音較大。 （4） 高度的密封性要求就意味著更高精密度的零部件，隨即運(yùn)行成本也提高，不符合經(jīng)濟(jì)效益。 同等條件下，首先氣壓驅(qū)動(dòng)，相比液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)具有眾多優(yōu)勢(shì)。 （1） 更容易獲取工作介質(zhì)，氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)為空氣，空氣可以直接從大氣中獲取，方便快捷成本低。此外氣壓工作介質(zhì)排放到大氣中不

23、造成污染，符合環(huán)保要求。 （2） 氣壓傳動(dòng)的阻力損失和泄漏比液壓小很多。空氣適合進(jìn)行長(zhǎng)距離的輸送，并且一般不會(huì)泄露，即使泄露也不會(huì)導(dǎo)致工作不穩(wěn)定，其次泄露對(duì)環(huán)境無(wú)影響。 （3） 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，在很少的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到工作要求的壓力和速度，一般只需0.02~0.3s即可。此外還可以在氣壓系統(tǒng)中設(shè)置過(guò)載保護(hù)裝置，避免出現(xiàn)過(guò)載損壞，用來(lái)保護(hù)系統(tǒng)，方便控制。 （4） 氣壓系統(tǒng)中設(shè)立的儲(chǔ)氣罐可以儲(chǔ)存壓縮空氣，以保證在沒(méi)電情況下機(jī)器系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。 （5） 因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)的原因決定了氣壓系統(tǒng)在惡劣的工作環(huán)境下也能正常運(yùn)行，例如易燃易爆、高輻射的環(huán)境。在極端的工作條件下相比液壓、電氣、機(jī)械驅(qū)

24、動(dòng)，首選氣壓驅(qū)動(dòng)。 （6） 氣壓系統(tǒng)投入低，成本低下，不同的壓力要求對(duì)氣動(dòng)元件的要求也低，相同條件下，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)需要的壓力不會(huì)太高，因此組成氣壓系統(tǒng)的材料和氣動(dòng)元件的精度要求也就相應(yīng)不高，制作成本降低。 圖2.7機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 序號(hào) 1 氣源 2 儲(chǔ)氣罐 3 三聯(lián)件（空氣過(guò)濾器、減壓閥、油霧器） 4 二位五通電磁閥 5 夾緊氣缸 圖2.8氣壓系統(tǒng)表 圖2.7所示為機(jī)械手的氣壓系統(tǒng)運(yùn)行原理圖。從圖所示1為氣源，氣源通過(guò)從大氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)，空氣進(jìn)行壓縮后進(jìn)入2儲(chǔ)氣罐進(jìn)行儲(chǔ)存，然后通過(guò)三聯(lián)件即空氣過(guò)濾器、減壓閥、油霧器對(duì)壓縮空氣進(jìn)行除濕減壓處理，最

25、后通過(guò)電磁閥控制夾緊氣缸以此來(lái)控制機(jī)械手動(dòng)作。 四、夾爪驅(qū)動(dòng)力及氣缸選擇 4.1夾爪驅(qū)動(dòng)力和氣缸選擇 4.1.1手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 工件的重量為G= 10kg，b = 120mm，R = 24mm，摩擦系數(shù)為f = 0.10?！?V”形手指的角度為2 = 120°， 圖4-1機(jī)械手主視圖 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: 所以： =490（N） 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: 取=0.

26、94 ，并取=1.5. 若被抓取工件的最大加速度取a=g 時(shí)，則: 所以： 因此，夾緊缸的驅(qū)動(dòng)力為1563N。 4.1.2氣缸的直徑 由力的平衡原理可知，氣缸在工作時(shí)，活塞桿上的輸出推力必須為總阻力。 公式為： 式中: ——活塞桿上的推力，N ——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，N P——?dú)飧坠ぷ?壓力，Pa 考慮到負(fù)載率幾的影響，則: 由以上分析得作用氣缸的直徑:

27、 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得： 所以： 通過(guò)查詢有關(guān)手冊(cè)，得D=65 mm 由于d/D=O.2～0.3， 得出活塞桿直徑:d=(0.2～0.3)D=13～19.5 mm 因此取活塞桿直徑d=18 mm 校核，按公式 有: 其中=120MPa, F=750N 則:d (4490/120) =2.28 18 此設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。 4.1.3缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 氣缸如果承受壓縮空

28、氣的壓力，則需要具有一定的厚度。 通常，缸筒的壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，可以根據(jù)薄壁筒的公式計(jì)算出壁厚： 式中: 6—— 缸筒壁厚 mm D——?dú)飧變?nèi)徑 P——實(shí)驗(yàn)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。 五、整體結(jié)構(gòu) 圖5三維圖  六、結(jié)論 1.通用機(jī)械手的應(yīng)用范圍比專用機(jī)械手廣泛。通用機(jī)械手可以通過(guò)不同的程序進(jìn)行不同的加工活動(dòng)，而專用機(jī)械手則只

29、能進(jìn)行單一活動(dòng)，范圍狹小。 2.機(jī)械手可以配備普通的抓手來(lái)抓緊普通工件；它也可以用噴射負(fù)壓吸盤代替，以吸收玻璃，墻壁和地板磚以及薄的氣密性工件（如圓盤和圓盤），從而使機(jī)械手更加有用和廣泛使用。該機(jī)械手還可以用來(lái)進(jìn)行教學(xué)演示，搬運(yùn)一些重量較小的小零件。 3.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，在很少的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到工作要求的壓力和速度，一般只需0.02~0.3s即可。此外還可以在氣壓系統(tǒng)中設(shè)置過(guò)載保護(hù)裝置，避免出現(xiàn)過(guò)載損壞，用來(lái)保護(hù)系統(tǒng)，方便控制。 4.機(jī)械手通過(guò)PLC控制，可以根據(jù)不同運(yùn)行程序進(jìn)行不同的加工操作，程序的可變性較高。PLC可以兼容時(shí)間控制、行程控制和混合控制，只需要編輯相應(yīng)程序即可實(shí)現(xiàn)

30、。  參考文獻(xiàn) [1]郝立偉. 在工業(yè)生產(chǎn)中關(guān)于氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J]. 民營(yíng)科技, 2013(08):40-40. [2]袁野. 機(jī)械手功能實(shí)現(xiàn)及其控制方式設(shè)計(jì)[J]. 裝備制造技術(shù), 2012(03):216-217. [3]諸小麗. 竹簽成型機(jī)中破竹機(jī)的技改研究[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 2014(03):18-21. [4]古永祥. 淺析工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用[J]. 中國(guó)科技博覽, 2015(2):1-1. [5]夏鯤 徐濤 李靜鋒 孔斌. 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用研究[J]. 廣西輕工業(yè), 2008(08):68-69. [6]賀東坤 田明. 氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)

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