小型圆柱坐标机械手的设计毕业课程设计说明书

毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 1 摘 要 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动 抓取、搬运或操作的自动机械装置。它能代替人从事繁重的工作和危险的工作。 本次设计所采用的是圆柱坐标式机械手， 具有 3 个自由度，即 手臂的运动系由两个直线运动和一个回转运动所组成 。 分别使用了 3 个气缸来实现上述运动（升降缸、伸缩缸、回转缸）。 机械手的手部采用 了 真空吸盘， 连接文氏管式真空发生器。利用压缩空气在管道内快速通过而产生真空的原理将工件吸住。 根据计算选择合适的真空发生器。 本次设计采用的伸缩缸及升降缸采用的是双活塞杆气缸带有两个 活塞杆，并排在同一缸体上，这样的位置安排有利于准确的导向。选用回转缸置于升降缸之下的结构，刚性较好。根据要求计算气缸的驱动力以及回转力矩，合适选择气缸。 本设计采用气动驱动系统。使用双作用气缸换向回路，用二位五通电控阀控制活塞双向运动。 电气控制系统采用 菱公司 列 1输入：共 14 点。输出： 共 8 点。 机械手的动作顺序为：原位 下降 吸住 上升 右移 左回转 下降 松开 上升 右回转 左移 复位。 关键词： 圆柱座标 ，自由度， 气缸 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 2 is he is of to or It is in is of of is up by a of to or of in of Is it in of to to or by at is it to to of or is It is to to as of of of of a of of 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 3 1 C (, 407, 505 4 437 of to on in to to of an 业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 4 小型圆柱坐标式机械手设计 0 引言 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。 在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装饰以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。 机械手按 用途分类：专用机械手，通用机械手。按驱动方式分：液压传动，气压传动，机械传动，电力传动。按控制方式分：点位控制，连续轨迹控制。 机械手的自由度：自由度是机械手设计的主要参数，每一个构件（即运动件）相对固定坐标系所具有的独立运动称为自由度。每一个构件相对固定坐标系最多可有 6 个自由度即沿 X、 Y、 Z 三个方向独立的往复移动和绕 X、 Y、 Z 轴的三个独立的回转运动。 手指可作开闭（即夹紧和放松）运动，手腕可作回转、上下和左右摆动等运动，手臂可以作前后伸缩、升降（或上下摆动即俯仰）和回转运动，立柱横向移动，也有的机械手整机 具有行走机构。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 5 图 机械手的运动示意图 机械手的坐标形式：直角坐标式，圆柱坐标式，球坐标式，关节式。 本次设计所采用的是圆柱坐标式机械手，其手臂的运动系由两个直线运动和一个回转运动所组成，如图 X 轴的伸缩、沿 Z 轴的升降和绕 Z 轴的回转。它与直角坐标式相比，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到较高的定位精度，因此应用较广泛。但由于机械手结构的关系，沿 Z 轴方向移动的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 6 图 种坐标示意图 机械手的驱动 方式和控制方式：详见第五、第六章。 1 设计方案的拟定 业机械手设计目的 这次的设计是对 我 大学本科四年学习的一个总结，把所学的课程（机械原理， 制，气压传动，机械设计等 ） 中获得的理论知识在实践中加以运用，使这些知识得到巩固和发展。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 7 通过本设计能 了解机械手 在工业生产中 的用途，工作方式，如何选择材料， 机械结构的设计计算，如何选用驱动机构，控制系统又是怎样 ，在接下来的论文里我将逐一为大家介绍 。 业机械手设计的内容 械手的 用途 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定的程序、轨 迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。 在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装饰以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。 要技术指标（或主要论点） 座标型式：圆柱座标； 自由度 数目： 3 个； 手臂伸缩行程： 100 伸缩速度： 3000mm/ 手臂升降行程： 50150 升降速度： 2000mm/ 手臂回转范围： 001800； 抓手型式：真空吸盘； 工件重量： 50 N； 驱动方式：气动； 控制方式：点位、程序控 业机械手的分类 规格（所搬运的工件重量）分类 1）微型的 搬运重量在 10N 以下。 2）小型的 搬运重量在 100N 以下。 3）中型 的 搬运重量在 500N 以下。 4）大型的 搬运重量在 5000N 以上。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 8 功能分类 1）简易型工业机械手。 2）记忆再现型工业机械手 。 3）计算机数字控制的工业机械手。 4）智能工业机械手（机器人） 业机械手的组成 行机构 执行机构由抓取部分（手部）、腕部、臀部和行走机构等运动部件组成。 动机构 有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快，结构简单，成本低。采用点位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度，但臂力一般在 300N 以下。 制系统 有点动控制和连续控制两种方式。 体（机身） 基体是整个机械手的基础。 业机械手的规格参数 1）抓重（又称臂力）。 2）自由度数目和坐标形式。 3）定位方式。 4）驱动方式。 5）手臂运动参数。 6）手指夹持范围（ 握力（即加紧力或吸力）（ N）。 7）定位精度。 8）程序编制方法及程序容量。 9）受信、发信数目、联锁控制信号数目。 10）控制系统力。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 9 11）驱动源。 12）轮廓尺寸。 13）重量。 2 手 部 手部（也称抓取机构）是用来直接握持工件的部件， 常用的手部，按其握持工件的原理可分为夹持和吸附两大类。 夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种。 吸附类中，有气吸式和磁吸式。 本次设计要求用真空吸盘，是利用吸盘内的压力与大气压之间的压力差而工作的，它采用专用设备真空泵将橡胶皮碗内的空气抽掉，使吸盘内的压力下降而获得真空，由于外界的大气压力大于吸盘内的压力，橡胶皮碗与工件表面在周围的大气压力作用下压得很紧，而把工件吸住。若吸盘的控制阀将吸盘与大气相通，吸盘即将工件放下。真空 吸盘吸料可靠、吸力大，但需要有真空泵系统，故成本高。 本次设计需要用到文氏管式真空发生器，它是利用压缩空气在管道内快速通过而产生真空的原理。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 10 图 真空式吸盘示意图 选材 1）初选真空吸盘 型号： 司） 主要 参数： 公称直径： 30盘有效直径： 盘容积： 称通径： 3盘固定方法：螺钉 安装螺纹： 低环境温度： 示度 最高环境温度： 70 摄示度 7理论吸力： 0， 7撕坏力： 小可抓取半径： 110业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 11 吸盘材料： 性材料 准：无铜无氟 产品重量： 作介质：大气 2）真空发生器 型号： （ 司） 配合真空吸盘或气爪， 空发生器能够用于提取并吸住表面光滑 及不透气的工件。工件可以在任何位置 被吸起。压缩空气流经真空发生器，产生真空。气流切断，吸力停止。 压缩空气被切断以后，气脉冲由附加的储气罐提供 。 特点 ： 简单，紧凑，坚固 ， 气脉冲有助于快速释放部件 ， 没有磨损部件 。 主要参数： 内置气喷嘴：是 排空喷射器：切断压力 阻公称通径： 1低工作压力： 高工作压力： 1大真空度： 气口接口螺纹： 安装位置：任意 安装方式：孔 最低环境温度： 示度 最高环境温度： 80 摄示度 最低介质温度： 示度 最高介质温度： 80 摄示度 外壳材料：压铸铝合金 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 12 准：无铜无氟 工作介质：已过滤压缩空气 。 空吸盘的计算 根据 /4 =2G 。 。 （ 真空度； d 吸盘与工件接触的有效面积直径 ； F 真空产生的向上的推力 ； G 工件重量 。 已知： d=30G=50N 即 100= (3010 10 使用了 2 个吸盘，所以 选用的真空发生器最大真空度为 然可以选用。 3 腕 部 手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步 改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。 部设计的基本要求 1） 力求结构紧凑、重量轻 2）综合考虑，合理布局 3）必须考虑工作条件 型腕部结构 1） 具有一个自由度的回转缸驱动的腕部结构 2）用齿条活塞驱动的腕部结构 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 13 3）具有两个自由度的回转缸驱动的腕部结构 4）机 液结合的腕部结构 图 典型腕部结构示意图 由于本次设计不需要腕部回转，这里就不再说明腕部的计算。 4 臂部和机身 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部 和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。 臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。一般来说臂部应该具有 3 个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。 手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或气缸）和各种传动机构毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 14 来实现。 机身是直接支承和驱动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转等驱动装置或传动部件都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。 部设计的基本要求 1） 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。提高支承刚度和合理选 择支承间的距离。合理布置作用力的位置和方向。注意简化结构。提高配合精度。 2）臂部运动速度要高，惯性要小 减少手臂运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料。减少手臂运动件的轮廓尺寸。减少回转半径 。驱动系统中设有缓冲装置。 3）手臂动作应灵活 4）位置精度要高 臂典型运动机构 4 2 1 手臂作直线运动的典型机构 1） 双导向杆手臂伸缩机构 由于手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向管承受弯曲作用，活塞杆均受拉压，故受力简单，传动平稳。 图 导向杆手臂结构 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 15 2）双层液 （气） 压缸空心活 塞杆单杆导向结构 其特点是工作液压缸容积小，运动速度快，缸内走管，外型整齐，活塞杆直径较大，增加手臂刚性。 图 层液压缸空心活塞杆单杆手臂结构 3） 采用花键套导向的手臂升降结构 结构特点：内部导向，活塞杆直径大，刚度大，传动平稳。 图 键套导向的手臂升降结构 4） 双活塞杆液 （气） 压缸结构 其速度先慢后快，是用短缸实现大行程的结构。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 16 图 活塞伸缩液 （气） 压缸结构 5） 活塞杆和齿轮条机构 可以获得两倍于活塞的行程和速度。 图 轮齿条式倍增机构的手臂结 构 本次设计采用的伸缩缸采用的是双活塞杆气缸带有两个活塞杆，并排在同一缸体上，这样的位置安排有利于准确的导向，和常规气缸相比，在气压缸高度不变的情况下它的作用力提高一倍，双活塞杆气缸还可以有多轴方向的组合。 臂的回转运动机构 1） 回转缸置于升降缸之下的机身结构 升降液压缸体固定在机座上。直径大的空心双面活塞杆与缸体两端的接触支承长度大，能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转运动精度的影响不可忽视 . 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 17 图 回转缸置于升降缸之下的机身结构 2） 回转缸置 于升降缸之上的机身结构 这种结构采用单缸活塞杆，导向杆在活塞杆内部，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大，刚性较回转缸置于升降缸之下的机身结构差。 图 转缸置于升降缸之上的机身结构 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 18 3）活塞缸和齿条齿轮机构 手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构实现的：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮做往复回转而使手臂左右摆动。 图 条齿轮机构实现的回转运动 本次设计采用的是回转缸置于升降缸之下的结构，由于考虑到如果采用回转缸在上的结构会使得整个机械手运动结构刚性较差，所以不于采用。 4 3 初选伸缩缸、升降缸、回转缸 1）伸缩缸的选择 型号： 司 ) 双作用双活塞气缸，带两根平行的活塞杆，位置感测，终端带弹性缓冲环。 双活塞气缸 由两个活塞进行驱动的， 因此在 相同高度的情况下能产生 2 倍于标准 气缸的推力 。 由一块连接板连接的双气缸 。 特点 ： 推力大并可防止扭转 。 活塞杆之间间距较大，负载能力强 。 由于采用了液压缓冲器使得滑块动态性能好且动作轻缓 。 通过标准螺栓及锁毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 19 定螺母可对标准行程进行 10 围内的精确调整。如果有必要可使用一根更长一点 的螺栓 。 转接板用于驱动器之间的组合 。 沟槽盖用于传感器槽 (保护传感器 电缆，并防止杂物进入传感器槽 )。 主要参数： 工作方式：双作用 活塞形状：圆形 活塞杆形状：圆形 位置感测方式：磁感式 缓冲方式：内缓冲环（不可调） 抗扭转：平行活塞 活塞公称直径： 20程： 100塞杆直径： 10低工作压力： 1高工作压力： 10低工作环境温度： 示度 最高工作环境温度： 150 摄示度 连接方式轴承盖：内螺纹 轴承端盖螺纹： 盖接口形式：内螺纹 盖接口螺纹： 有效推力： 376N 6回程理论作用力： 282N 6进程单程耗气量： 回程单程耗气量： 作介质：已过滤压缩空气 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 20 2）升降缸的选择 与伸缩缸相同。 3）回转缸的选择 型号： 司 ) 片式摆动气缸外形紧凑，占用空间小。驱动力通过旋转叶片直接传送给驱动轴。可调式止动系统和旋转叶片分离，以便于固定限位挡块或液压缓冲器来吸收所受到的力。此外，旋转叶片还能通过终点位置的弹性垫获得辅助缓冲。止动块不能被移去，因为旋转叶片本身 不适合于作为终端位置限位挡块。驱动器背面还有刻度以方便行程调节。 基本结构： 带固定限位挡块，用于两端摆动角度的精确调节 。 中空 , 法兰式驱动轴 。 特点 ： 采用机械加工的表面，因此运行平滑 。 采用聚氨酯材料确保旋转叶片和密封系统具有较长的使用寿命 。 通过键与轴连接的叶片可承受高达 20 力矩 。 多样的，一体化的安装工具 。 摆动角度可调 。 摆动角度在摆动范围内任意设定 。 较高的能量可通过 气 压缓冲器吸收 (尺寸 12 到40 支架，用于安装感应式传感器，用于非接触式终端位置感测 。通过驱动轴内的内六角套筒扳手进行手动操作 。 驱动轴带内螺纹 。 液态或气态介质可通过中空的法兰轴进行输送 。 固定限位挡块，摆动角度可精确调节 。 主要参数： 工作方式：双作用 旋转 /摆动原理：叶片 位置感测方式：无 缓冲方式：内缓冲环（不可调） 缓冲角度： 端可调：是 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 21 摆动角度可调：是 活塞公称直径： 25定摆动角度： 270端可调： 2 最低工作压力： 高工作压力： 10低环境温度： 示度 最高环境温度： 60 摄示度 一面接口螺纹： 大扭矩： 5大转动惯量： 臂的设计计算 缩缸的设计计算 根据气缸运动时所需要克服的摩擦、回气背压以及惯性等几个方面的阻力，来确定气缸所需的驱动力。 气缸活塞的驱动力的计算： F=F 摩 +F 密 +F 回 +F 惯 。 （ F 摩 摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。 F 密 密封装置处的摩擦阻力。 F 回 气缸回气 腔低压气所造成的阻力。 F 惯 起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。 1） F 摩 的计算 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 22 图 平移动气缸受力图 如图 示双导向杆导向，其截面形状为圆柱面，导向杆对称配置在伸缩缸两侧，启动时，导向装置的摩擦阻力较大，计算如下： 由于导向杆对称配置，两导向杆受力均匀，可按一个导向杆计算。 M A=0 G 总 L=aF b 得 F b= G 总 L/a 。 （ Y=0 G 总 +F b=F a 得 F a=G 总 (L+a)/a 。 （ F 摩 = F a 摩 + F b 摩 = F a+ F b F 摩 = G 总 (L+a)/a 。 （ G 总 参与运动的零部件所受的总重力（含工件重）（ N） L 手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前端的距离（ m） a 导向支承的长度（ m） 当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。 对于圆柱面： 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 23 =（ 4/ /2） 。 （ 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜：取 =对铸铁：取 =） F 密 的计算 “ O”形密封圈，当液压缸工作压力小于 10塞杆直径为液压缸直径的一半，活塞与活塞杆处都采用“ O”形密封圈时，液 压缸密封处的总的摩擦力为： F 封 1+F 封 2=。 。 （ F 驱动力； F 封 3= p 。 （ p 工作压力（ p10 = d 伸缩管的直径（ m）； l 密封的有效长度（ m）。 F 密 = F 封 1+F 封 2+ F 封 3 。 （ 3） F 回 的计算 一般背压阻力较小，可按 F 回 =） F 惯 的计算 F 惯 = G 总 v/(g t) 。 （ G 总 参与运动的零部件所受的总重力（含工件重）（ N）； g 重力加速度，取 v 由静止加速到常速的变化量（ m/s）； t 起动过程时间（ s），一般取 轻载低速运动部件 取较小值，对重载高速运动部件取较大值。 本次设计所需用的参数如下： G 总 =100N， =l=50a=35F 驱 =80N， D=20d=10 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 24 p=106 v=50 10 t= 摩 = G 总 (L+a)/a =100 (2 50+35)/35 = 密 = F 封 1+F 封 2+ F 封 3 = 驱 + p 80+106 10 105 10= 回 = /4(=106 /4(20 10-(10 10 = 惯 = G 总 v/(g t) =100 50 10= F= F 摩 +F 密 +F 回 +F 惯 = 4 2 升降 缸的 设计计算 图 手臂各部件重心位置图 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 25 手臂作升降运动的气缸驱动力： F= F 摩 +F 密 +F 回 +F 惯 +G 。 （ F 摩 摩擦阻力，如图 F 摩 =2 取 f= 零部件所受的总重力（含工件重） F 密 、 F 回 、 F 惯 的计算与伸缩缸相同。 F 摩 =22 50 16N F=16+00 = 4 3 回转缸的设计计算 采用回转缸实现手臂回转运动时，其受力情况可以简化成图 图 手臂回转运动时受力状态 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 26 驱动手臂回转的力矩 M 驱 ，应该与手臂起动时所产生的惯性力矩 M 惯及各密封装置处的摩擦力矩 M 封 相平衡。若轴承处摩擦力矩忽略不计，则可按下式计算： M 驱 =M 惯 +M 封 。 （ M 封 密封装置处的摩擦力矩， 回转缸密封装置处的摩擦阻力矩应该包括回转缸动片圆柱面与缸径和动片端面与缸盖之间的摩擦阻力矩。 因此，摩擦阻力矩可按下式计算： M 封 = M 封 + M 封 。 （ M 封 =F R= 。 （ M 封 =2F 。 （ R+r)/2 。 （ 式中各尺寸符号如图 密封圈与缸径装配后接触面的有效宽度。 M 惯 惯性力矩，手臂起动时所产生的惯性力矩可按下式计算： M 惯 = / t 。 （ 回转缸动片的角速度变化量，在起动过程，其 =（弧度 /秒）； t 起动过程的时间（秒）； 手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量（ 若手臂回转的零件重心与回转轴线不重合，其零件对回转轴的转动惯量为： 2/g 。 。 （ 回转零件对过重心轴线的转动惯量，由于回转零件形状不同，算公式不同。 回转件的重心到回转轴线的距离。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 27 本次设计回转缸所需要的参数如下： = /3（弧度 /秒） , t=1 秒 , =15 2/g =2+ 2+100 惯 = t = /3 =m 由于气缸内部具体尺寸未知，估算 M 封 =30% M 惯 M 驱 =30%=m 4 4 手臂的设计检验 所选的伸缩缸、升降缸的计算： F 推 =p /4 2 。 （ =106 /4 (20 10 2 = F 拉 =p /4( 2 。 （ =106 /4 (20 10-(10 10 2 = 显见，满足设计要求，可以选用。 所选的回转缸的计算： 该缸最大扭矩可打 5 然符合要求，可以选用。 5 驱动系统 5 1 工业机械手驱动系统的选择 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 28 各类驱动系统的特点： （ 1）液压驱动系统 由于液压技术是一种比较成熟的技术，它具有动力大、力（或力矩）惯量比大、快速 响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯量大以及在防暴环境中工作的机械手。 （ 2）气动驱动系统 具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等特点，适用于中、小负载的系统中。但难以实现伺服控制，多用于程序控制的机械手中。如在上、下料和冲压机械手中应用较多。 （ 3）电动驱动系统 由于低惯量、大转矩的交、直流伺服电机及配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉冲调制器）的广泛采用，这类驱动系统在机械手中被大量选用。 本次设计所选用的是气动驱动系统，理由是其具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等特点，适 用于中、小负载的系统，多用于程序控制的机械手。 5 2 气动驱动系统 5 2 1 气压系统传动方案的确定 各气压缸的换向回路 ： 为了便于机械手的自动控制，如采用可编程序控制器或微机进行控制，系统的压力和流量都不高，因此一般都选用电磁换向阀回路，以获得较好的自动化程度和经济效益。 动基本回路 气动回路和液压回路相比，有几方面的不同： 第一 ，空气压缩机输出的压缩空气首先存储于贮气罐中，然后供给各个回路使用。画气动回路图时空气压缩机常省略不画，但设计气动回路时，毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 29 不要忘记考虑气源的能力。 第二，气动回路 使用过的空气是经排气口排入大气的，因而不设回气管道来回收空气。 第三，由于空气的粘性很小，在管路中压力损失很小。因此，在尽量缩短气动管路的情况下管路仍然很长，并不防碍使用。 由于气动执行机构中，以气缸应用最为广泛，设计机械手的气动系统时，最简单的方法是把选定的完成不同任务的基本回路组合起来。 （ 1）方向控制回路 包括： 单作用气缸中间停止回路：可以使活塞停止在气缸中的任意位置。 图 作用气缸中间停止回路 双作用气缸换向回路：采用二位五通电控阀控制活塞双向运动，是双作用气缸的最基本换向回路。 图 作用气缸换向回路 双作用气缸活塞可在任意位置停止的回路：此回路不允许有漏损，这毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 30 样才能保证气缸可靠地工作。在气缸终端需要保持活塞固定的停止位置时，也使用这种回路。 图 活塞气缸任意位置停止的回路 图 活塞气缸任意位置停止的回路 延时控制回路：用于不允许使用时间继电器的场合，如易燃、易爆和大粉尘的场合。 图 时控制回路 （ 2）速度控制回路 包括： 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 31 单作用气缸速度控制回路：调节节流阀的开度，可以改变活塞双向的运动速度。 双作用气缸单向速度控制回路：气缸工作 行程稳定，活塞返回行程的急回运动，也可以用来提高机器的生产率。 图 作用气缸单向速度控制回路 双作用气缸双向速度控制回路： 图 作用气缸双向速度控制回路 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 32 图 排气节流阀的速度控制回路 图 塞作快速运动的速度控制回路 双作用气缸速回运动控制回路：这种回路要求气缸附近加缓冲装置。 图 作用气缸速回运动控制回路 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 33 双缸同步动作的速度控制回路：这种回路应以阻力最大的那个气缸为准，调整其他缸的运动速度以达到同步的目的。 气液操作缸同步回 路：由于连接两个气液操作缸被封入油液，所以两活塞运动速度可完全同步。 图 缸同步动作回路、气液操作缸同步回路 缓冲回路：对可调行程位置的气缸（如某些机械手的气缸）缓冲问题，可以采用缓冲回路来解决。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 34 图 设节流螺钉的缓冲回路、装设单向节流阀的缓冲回路 本次设计 由于本机械手的位置移动不必考虑活塞在任意位置停止，只要考虑几个极限位置的情况，因为当处于极限位置时，气泵仍需要不断供气，所以采用简单的双作用气缸换向回路。 采用的气动系统控制图，详见图纸。 算和选择气压元件 （ 1） 气压泵 选择额定工作压力为 空气压缩机 。 （ 2） 选择气压控制阀 根据 q=。 （ q 压缩空气流量（ L/ v 速度（ mm/ a 所选取的气缸 面积 （ 已知： v=3000mm/d=20 q=v /43 /4 (20 10 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 35 =10-4 m3/根据 p+q 。 （ 自由状态空气流量（ L/ P 工作压力（ p+q =(取型号： 电磁阀。 6 电气控制系统 工业机械手的电气控制 系统相当于人的大脑，它指挥机械手的动作，并协调机械手与生产系统之间的关系。 控制系统的结构一般分为开环系统和闭环系统两种结构。 运动控制方式有点位控制（ 连续轨迹控制（ 种。 编程序控制的各种元器件 以三菱（ 司 列 例（ (1)输入继电器（ X） 编号： 24 点。 功能：接收从外部开关或敏感元件发来的信号，与输入端子相连。只能由外部信号驱动，不能由内部程序指令驱动 ，可以提供许多动合、动断触点，供内部使用。 （ 2）输出继电器（ Y） 编号： 16 点。 功能：将输出信号传给外部负载，有三种工作方式：继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出。 毕业设计（论文） 小型圆柱坐标机械手的设计 36 每一输出继电器仅有一对输出触头，其状态对应于输出锁存器。 （ 3）辅助继电器（ M） 编号：通用辅助继电器 128 点；保持辅助继电器 64 点，有断电保持功能。 功能：相当于中间继电器，供内部使用，不能直接驱动外部负载。 （ 4）移位寄存器 由辅助继电 器组成，可由 8 或 16 个辅助继电器（ M）组成 8 或 16 位（ 移位寄存器。 （ 5）定时器（ T） 编号： 16 个。 K 时时间常数 K 设定为 3 位，最小为 功能：定时起动后，每 减一次，直至为 0，定时时间到常开触点接通。 （ 6）计数