《四自由度多用途氣動機械手機構設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《四自由度多用途氣動機械手機構設計（19頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 四自由度多用途氣動機械手機構設計 摘要：本文簡要介紹了工業(yè)機器人的概念，機械手硬件和軟件的組成，即PLC控制的氣動機械手的系統工作原理，機械手各個部件的整體尺寸設計，氣動技術的特點。本文對機械手進行總體方案設計，確定了機械手的坐標形式和自由度，確定了機械手的技術參數。同時，設計了機械手的夾持式手部結構，設計了機械手的手腕結構，計算出了手腕轉動時所需的驅動力矩和回轉氣缸的驅動力矩。設計了機械手的手臂結構。設計出了機械手的氣動系統，繪制了機械手氣壓系統工作原理圖，大大提高了繪圖效率和圖紙質量。串聯操作手是所有機器人機械系統中最簡單的機器人的組成方式，可以將它作為更復雜的機器人機械系統的組件。

2、本文將設計一臺四自由度的機械手系統。首先，本文將設計機器人的底座、大臂、小臂和機械手的結構，然后選擇合適的傳動方式、驅動方式，對電機進行選型，搭建機器人的結構平臺； 關鍵詞：工業(yè)機器人 機械手 氣壓傳動機構 導向機構 1 引 言 1.1 工業(yè)機械手概述 工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，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設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標

3、志。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平，可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現安全生產;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，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品種

4、的中小批量生產中獲得廣泛的引用[1]。 氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，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械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 氣動技術有以下優(yōu)點: (1)介質提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器:介質清潔，管道不易堵，不存在介質變質及補充的問題. (2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程

5、中，阻力損失較小，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。 (3)動作迅速，反應靈敏。氣動系統一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統也能實現過載保護，便于自動控制。 (4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統比機械、電器及液壓系統優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。 (6)成本低廉。由于氣動系統工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質和加工精度要求，

6、制造容易，成本較低。傳統觀點認為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統中要實現高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動技術作為機器人中的驅動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統己被接受，但由于氣動機器人這一體系己經取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領域里，對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。 1.2 氣動機械手的設計要求 1.2.1 課題的設計要求 本課題將要完成的主要任務如下: (1)機械手為通用機械手，因此相對于專用機械手來說，它的適用面相對較廣

7、。 (2)選取機械手的座標型式和自由度。 (3)設計出機械手的各執(zhí)行機構，包括:手部、手腕、手臂等部件的設計。為了使通用性更強，手部設計成可更換結構，不僅可以應用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時候還可以用氣流負壓式吸盤來吸取板料工件。 (4)氣壓傳動系統的設計 本課題將設計出機械手的氣壓傳動系統，包括氣動元器件的選取，氣動回路的設計，并繪出氣動原理圖。 (5)機械手的控制系統的設計 本機械手擬采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制，本課題將要選取PLC型號，根據機械手的工作流程編制出PLC程序，并畫出梯形圖[2]。 1.3 機械手的系統工作原理及組成 機械手的系

8、統工作原理框圖如圖1-1所示。 控制系統 （PLC） 位置檢測裝置 驅動系統 （氣壓傳動） 執(zhí)行機構 立柱 手臂 手腕 手部 圖 圖1-1 機械手的系統工作原理框圖 機械手的工作原理：機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動方式，來實現執(zhí)行機構的相應部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運動軌跡，有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械

9、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。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置[5]。 (一)執(zhí)行機構 包括手部、手腕、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。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結構。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型?；剞D型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手

10、指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 2、手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位(即姿勢) 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

11、、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，以實現手臂的各種運動。 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系。機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 5、機座 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅動系統 驅動系統是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的。它由動力裝置、調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。 (三)控制系統 控制系統是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統。目

12、前工業(yè)機械手的控制系統一般由程序控制系統和電氣定位(或機械擋塊定位)系統組成。該機械手采用的是PLC程序控制系統，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。 (四)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，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置. 2 機械手的整體設計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾-放

13、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[4]。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，并滿足系統功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結構形狀和材料特性，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，并能實現柔性轉換和編程控制.本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手（如圖2-1所示），是一種適合于成批或中、小批生產的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，

14、動作強度大和操作單調頻繁的生產場合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場合。 圖2-1 機械手的整體機械結構 2.1 機械手的座標型式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉運動，因此，采用圓柱座標型式。相應的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。（如圖2-2所示）

15、 圖2-2 機械手的運動示意圖 2.2 機械手的手部結構方案設計 為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當工件是棒料時，使用夾持式手部;當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。 2.3 機械手的手腕結構方案設計 考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉結構，實現手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。 2.4 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的，立柱的橫向移動即為手

16、臂的橫移。手臂的各種運動、 - 彈簧平均直徑，. - 彈簧有效圈數. - 彈簧材料剪切模量，一般取 在設計中，必須考慮負載率的影響，則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關數據，可得 所以: 查有關手冊圓整，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，[]，=490N 則: 滿足實際設計要求。 3、缸筒壁厚的設計 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徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算: 式中: - 缸筒壁厚，mm - 氣缸內徑，mm

17、 - 實驗壓力，取, Pa 材料為:ZL3,[]=3MPa 代入己知數據，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: 4 手腕結構設計 4.1 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求目前實現手腕回轉運動的機構，應用最多的為回轉油(氣)缸，因此我們選用回轉氣缸。它的結構緊湊，但回轉角度小于，并且要求嚴格的密封。

18、 4.2手腕設計要求 （1）力求結構緊湊、重量輕。手腕的結構、重量和動力載荷，直接影響到臂部的結構、重量和運轉性能。因此，在手腕的設計中，要力求結構緊湊并且重量要輕。 （2）綜合考慮，合理布局。手腕作為機械手的執(zhí)行機構，承擔著聯結和支撐作用。 除了要保證力和運動的要求，以及具有足夠的強度、剛度外，在結構設計中還應綜合考慮各方面要求，進行合理布局。這里，應解決好手腕與手部的連接以及手腕與臂部的連接問題。 （3）必須考慮工作條件?？紤]機械手腕部的工作條件，保證其有良好的工作性能和較長的使用壽命。 4.3腕部的結構 考慮到機械手抓取物件時位置的不確定性，以及手腕的運動大多都是轉動。因此，

19、手腕設計成回轉結構，實現手腕回轉運動的機構是回轉氣缸。直接用回轉氣缸驅動實現手腕的回轉運動具有結構緊湊、靈巧以及嚴格密封等優(yōu)點，而被廣泛采用。在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它是在圓筒形的缸體內裝入帶葉片的回轉軸構成的（轉軸為手部夾緊氣缸的缸體）。 4.4 手腕的驅動力矩的計算 4.4.1手腕轉動時所需的驅動力矩 手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸體、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉動軸線不重合所產生的偏重力矩.圖4-1所示為

20、手腕受力的示意圖。 1.工件2.手部3.手腕 圖4-1手碗回轉時受力狀態(tài) 手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算: 式中: - 驅動手腕轉動的驅動力矩(); - 克服手腕轉動時所產生的慣性力矩(); - 參與轉動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉缸的動片)對轉動軸線所產生的偏重力矩(). - 手腕回轉缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力 M摩- 手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩 矩(); 下面以圖4

21、-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算: 1、手腕加速運動時所產生的慣性力矩 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則: 式中:- 參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量; - 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量。 若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量為: 式中: - 工件對過重心軸線的轉動慣量: - 工件的重量(N); - 工件的重心到轉動軸線的偏心距(cm), - 手腕轉動時的角速度(弧度/s); - 起動過程所需的時間(s); — 起動過程所轉過的角度(弧度)。 2、手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力

22、矩M偏 + () 式中: - 手腕轉動件的重量(N); - 手腕轉動件的重心到轉動軸線的偏心距(cm) 當工件的重心與手腕轉動軸線重合時，則. 3、手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩M摩 () 式中: ，- 轉動軸的軸頸直徑(cm); - 摩擦系數，對于滾動軸承，對于滑動軸承; ,-軸頸處的支承反力(N)，可按手腕轉動軸的受力分析求解， 根據,得: 同理，根據(F),得: 式中:- 手部的的重量(N) ,— 如圖4-1所示的長度尺寸(cm). 4、轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據具體情況加以分

23、析。 4.4.2回轉氣缸的驅動力矩計算 在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉軸5固連。動片密封圈4把氣腔分隔成兩個.當壓縮氣體從孔a進入時，推動輸出軸作逆時針回轉，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉。單葉氣缸的壓力P驅與動力矩M的關系為: 或 1—定片 2—缸體 3—動片 4—密封圈 5—回轉軸 圖4-2 回轉氣缸簡圖 Fig.4-2 Sketch of rotating

24、 atmospheric jar 4.4.3 手腕回轉缸的尺寸及其校核 1.尺寸設計 回轉氣缸的外觀如圖4-3所示，手腕回轉氣缸的主要尺寸是指氣缸的內徑和氣缸的壁厚。這些尺寸可以根據手腕所需的驅動力矩與試驗壓力等條件來確定。 圖4-3 回轉氣缸外觀圖 Fig.4-3 Appearance of rotating atmospheric jar 氣缸長度設計為,氣缸內徑為=96mm,半徑,軸徑,半徑,氣缸運行角速度=，加速度時間=0.1s, 壓強, 則力矩： 式中: M一回轉氣缸的驅動力矩（N.cm );

25、 P一回轉氣缸的工作壓力MPa; R一回轉氣缸缸體內壁半徑(cm) ; r一轉軸半徑(cm); b一動片寬度（cm）. 上述驅動力矩和壓力的關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應代以工作壓力 p1與 背壓p2之差。 2.尺寸校核 （1）測定參與手腕轉動的部件的質量,分析部件的質量分布情況， 質量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉動慣量： （） 工件的質量為5,質量分布于長的棒料上，那么轉動慣量：

26、 假如工件中心與轉動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距 ，其轉動慣量為: （2）手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉動件重心 與轉動軸線重合，，夾持工件一端時工件重心偏離轉動軸線,則： + （3）手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對于滾動軸承，對于滑動軸承=0.1， ，為手腕轉動軸的軸頸直徑，, , ,為軸頸處的支承反力，粗略估計,, 4．回轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦

27、阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據具體情況加以分析。在此處估計為的3倍， 3 設計尺寸符合使用要求，安全。 5 手臂伸縮，升降，回轉氣缸的尺寸設計與校核 手臂部件（簡稱臂部或手臂）是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承手腕和手部，并帶動它們在空間運動。手臂運動的目的是把手部送達空間運動范圍內的任意點上。如果要改變手部在空間的方位，可增加手臂的自由度來實現。臂部設計時設計要求如下[8-11] 5.1手臂設計要求 手

28、臂是機械手的主要運動部件，又是主要的受力部件，它工作性能的好壞，對機械手的承荷能力和運動精度等參數影響很大。 （1）剛度 剛度是指手臂在外力作用下抵抗變形的能力。它是由外力和外力作用方向的變形量的比值來表示的。如比值小則剛度大。對機械手來說，通常手臂的剛度是一個比強度更突出的問題。一般在結構上手臂采用懸臂梁形式，這對機械手的運動性能、位置精度和負荷能力等影響很大。為了提高剛度，應盡量縮短臂桿的懸伸長度。 （2）精度 影響精度的因素有：主要運動件的制造和裝配精度，手部和手腕在臂部的定位和連接方式，以及手臂立柱的導向裝置和定位方式等。對于導向裝置，其導向精度、剛度和耐磨性等對機械手的精度和

29、其它工作性能影響很大。 （3）平穩(wěn)性 手臂（包括手臂立柱）運動較多，在運動狀態(tài)變化時，將產生沖擊和振動，其工作平穩(wěn)性問題就較為突出。在設計時要提高結構剛度，以及采取有效的緩沖裝置以吸收沖擊能量。應注意：手臂的運動部件力求結構緊湊，重量輕，以減少慣性力。手臂構件可采用鋁合金或工程塑料。 （4）其它 A．傳動系統力求簡短，以提高傳動精度和效率。 B．各驅動裝置、傳動件、管線系統以及各個運動的控制檢測元件等布置要合理緊湊，操作維修要方便。 5.2 手臂的結構設計 按照抓取物件的要求，機械手的手臂可以有三個自由度，即手臂的伸縮運動、回轉運動和升降運動。本系統將手臂設計成具有回轉、升降和伸

30、縮運動三個自由度的結構。手臂的回轉和升降運動是通過立柱來實現的，手部的伸縮是通過小臂實現。手臂的各種運動由相應的氣缸來實現。 在機械設計與制造中采用優(yōu)化設計方法，可以提高產品的設計效率，縮短設計制造周期，減輕產品自重，降低材料消耗與制造成本，提高產品質量和工作性能。優(yōu)化設計是設計方法上的一個大變革，它使機械設計與制造領域的技術水平提高到了一個新的高度。機械手臂的結構設計通常是一多解問題[9]。目前，還未形成完備的設計方案。本文的結構優(yōu)化計算是使其在滿足強度、剛度和尺寸要求的前提下，得到最優(yōu)尺寸和最小質量，實現結構的優(yōu)化設計。 5.3 手臂伸縮氣缸的尺寸設計與校核 5.3.1 手臂伸縮氣缸

31、的尺寸設計 手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產的標準氣缸，參看此公司生產的各種型號的結構特點，尺寸參數，結合本設計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內徑為100/63，關于此氣缸的資料詳情請參看煙臺氣動元件廠公司主頁： 5.3.2 尺寸校核 1. 在校核尺寸時，只需校核氣缸內徑=63mm,半徑R=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： 2．測定參與手臂伸縮運動的部件質量為50kg,設計加速度，則慣性力： 3.考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數,

32、 總受力 所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求。 F1——手腕和手部因突然啟動受到的慣性力 Fm——活塞等的摩擦力 F0——手臂在伸縮時所需的驅動力 F——伸縮氣缸的驅動力矩 5.3.3 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，在本設計中用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。 5.3.4 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，裝置內加放砝碼，砝碼塊的質量根據抓取物體的重量和氣缸的運行參數視具體情況加以調節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。 （） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定一摩擦系數, 總驅動力矩：

34、 設計尺寸滿足使用要求 18 6 氣動系統設計 6.1 氣壓傳動系統工作原理圖 圖6—1所示為該系統的氣壓傳動系統工作原理圖。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，經分水過濾器，調壓閥，油霧器，進入各并聯氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部動作。 圖6—1 機械手氣壓傳動系統工作原理圖 圖6—1 機械手氣壓系統原理圖 Fig. 6—1 Principium Dia

35、gram Of Air Pressure System of ,Manipulator 表6—1 氣路元件表 序號 型號規(guī)格 名稱 數量 1 QF—44 手動截止閥 1 2 儲氣缸 2 3 QSL—26—S1 分水濾氣器 1 4 QTY—20—S1 減壓閥 1 5 QTU—20—S1 油霧器 1 6 YJ—1 壓力繼電器 1 7 24DH-10-S1 二位五通電磁滑閥 1 8 24D2H-10-S1 二位五通電磁滑閥 4 9 24D2H-15-S1 二位五通電磁滑閥 1 10 單向節(jié)流閥 2

36、 11 LI-25 單向節(jié)流閥 2 12 快速排氣閥 2 13 氣液轉換器 1 各通行機構的調速，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)流阻尼螺釘進行調節(jié)，這種方法的特點是結構簡單效果好。如平臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快啟動速度，也可調節(jié)全程的速度。升降氣缸采用氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，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

37、閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。 電磁閥的通徑，是根據各工作氣缸的尺寸，行程，速度計算出所需壓縮空氣流量，與選用的電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的。 7 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，因此適用面更廣。 2、采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現過載保護，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。 3、通過對氣壓傳動系統工作原理圖的參數化繪制，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時間和避免了不必要的重復勞動，同時做到了圖紙的統一規(guī)范。

38、 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?？梢愿鶕C械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。 8 致 謝 本文是在我尊敬的鄭魁敬老師悉心指導下完成的。老師嚴謹的治學態(tài)度和精益求精的工作作風使我受益匪淺。在此，我首先向老師表示誠摯的感謝，并致以崇高的敬意!在課題的研究和開發(fā)階段，得到了學校老師的大力支持和幫助，為我提供了許多有用的資料，在此一并向他們表示衷心的感謝。在日常生活和學習中，學校的各位老師，以及全體同學給與我大力支持和幫助，在此我向他們表示衷心的感謝。感謝父母 、家人，感謝所有關心

39、我的朋友和老師，感謝我的母校。 參考文獻： 1.張建民.工業(yè)機器人.北京:北京理工大學出版社，1988 2.蔡自興.機器人學的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.機器人技術，2001, 4 3.金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機器人發(fā)展勢態(tài)分析.機器人技術與應用 ，2001 4.王雄耀.近代氣動機器人(氣動機械手)的發(fā)展及應用.液壓氣動與密封，1999, 5 5.嚴學高，孟正大.機器人原理.南京:東南大學出版社，1992 6.機械設計師手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1986 7.黃錫愷，鄭文偉.機械原理.北京:人民教育出版社，1981 8.成大先.機械設計圖冊.北京:化學工業(yè)

40、出版社 9.鄭洪生.氣壓傳動及控制.北京:機械工業(yè)出版社，1987 10.吳振順.氣壓傳動與控制.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995 11.徐永生.氣壓傳動.北京:機械工業(yè)出版社，1990, 5 Structural Design of Multi-purpose Pneumatic Robot Abstract This paper introduces the concept of industrial robots, robot hardware and software components, namely, PLC control system, Pn

41、eumatic Manipulator principle, all parts manipulator design overall size, the characteristics of pneumatic technology. In this paper, the mechanical design of the overall plan in hand to determine the coordinates of the robot forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the

42、manipulator. At the same time, the design of the mechanical hand gripping the hand-type structure, the design of the robot wrist structure, calculated the wrist rotation torque when the driver and the driving torque rotary cylinder. Designed the structure of robot arm. Designed pneumatic manipulator

43、 system, rendering the pressure manipulator system schematics, drawings greatly enhance the efficiency and quality of the drawings. Serial robot manipulator is the most simple mechanical systems the composition of the robot can be more complex as the robot mechanical system components. In this paper

44、, the design of a four degrees of freedom manipulator system. First of all, this article will base the design of the robot, the arm, forearm and the structure of manipulator, and then select the appropriate transmission mode, drive mode, the motor selection, set up the structure of the robot platform; Key words ：industrial robot manipulator pump air pressure drive body-oriented 畢業(yè)設計說明書 1