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自动抓取机构设计【优秀含6张CAD图纸+机械机械机构全套毕业设计】

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A0自动抓取机构总装配结构简图.dwg

A1双导向杆手臂的伸缩结构.dwg

A1手臂升降和回转机构图.dwg

A2自动抓取机构手爪装配图.dwg

A4底座.dwg

A4法兰盘.dwg

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关键词：: 自动抓取机构设计毕业设计自动抓取机构设计机械机械机构毕业设计

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自动抓取机构设计【优秀含6张CAD图纸+机械机械机构全套毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+文献综述+外文翻译】【27页@正文8500字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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自动抓取机构设计说明书.doc

A0自动抓取机构总装配结构简图.dwg

AA1双导向杆手臂的伸缩结构.dwg

A1手臂升降和回转机构图.dwg

A2自动抓取机构手爪装配图.dwg

A4底座.dwg

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自动抓取机构设计

任务书

毕业设计（论文）题目自动抓取机构设计

毕业设计（论文）主要内容和要求：

1、分析三个自由度的功能和作业任务，确定自动抓取机构的结构形式；

2、进行自动抓取机构各关节的结构设计；

3、在UG中进行三维装配图的建模；

4、关键零部件设计计算。

毕业设计（论文）主要参考资料：

[1]濮良贵，纪名刚. 机械设计（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]成大先. 机械设计手册（第四版）[Z]. 北京：化学工业出版社，2004.

[3]张春林. 机械原理[M]. 北京：高等教育出版社. 2006.

[4]王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计（第四版）[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2010.

[5]朱龙根. 简明机械零件设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2003.

[6] CRAWFPRD W，GORMAN M． Dreams，Madness，& Reality．Chicago：American Library Association，1995

毕业设计（论文）应完成的主要工作

1. 资料调研分析

2. 确定设计方案；

3. 自动抓取机构的机械机构分析；

4. 结构设计

5. 传动方案分析设计；

6. 自动抓取机构的模型建立。

毕业设计（论文）进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注

1开题报告，收集文献材料2014年12月15 -1月7日

2动作实现的方案确定2015年1月8-2月28日

3结构设计及计算2015年3月1-3月14日

4自动抓取机构三维设计2015年3月15-4月15日

5装配图和零件图，撰写设计说明书2015年4月16-4月25日

6整理各项资料，准备答辩2015年4月26-5月20日

摘要

本设计的自动抓取机构设计是基于提高劳动生产率、产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度而设计的。在某些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本自动抓取机构设计代替人力劳动。

本设计为三自由度圆柱坐标型工业自动抓取机构设计，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。

本设计中的三自由度棒料搬运自动抓取机构，主要是针对质量少于10KG的圆形棒料的搬运。通过气爪手指的不同选择可满足直径50-100mm的棒料的搬运。

在控制器的作用下，自动抓取机构执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线并把工件翻转过来这一简单的动作.

关键词：三自由度；自动抓取机构；搬运；工业机器人

ABSTRACT

This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people can’t work in hand, so the robots can replace worker to do it.

This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current

This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 10KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that diameter is 50 to 100mm.

Under controller function the robot move the components from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes.

Keywords: three degrees of freedom; robot; transporting; industrial robot

1 绪论1

1.1自动抓取机构的概述1

1.1.1自动抓取机构的简介1

1.1.2自动抓取机构的类型1

1.2气动自动抓取机构的发展2

1.3自动抓取机构的主要工作2

2 自动抓取机构的工作过程及其控制要求2

2.1自动抓取机构的基本结构2

2.2自动抓取机构的控制要求3

3自动抓取机构的方案设计及其主要参数4

3.1自动抓取机构主要类型和自由度选择4

3.2自动抓取机构的驱动方案设计4

3.3自动抓取机构的控制方案设计5

3.4自动抓取机构的技术参数5

4 自动抓取机构设计6

4.1自动抓取机构手部结构的设计6

4.1.1手指的形状和分类6

4.1.2设计时考虑的几个问题7

4.1.3手部夹紧气缸的设计8

4.2 自动抓取机构手腕结构的设计11

4.2.1手腕的自由度11

4.2.2手腕转动时所输的驱动力矩11

4.2.3回转气缸的驱动力矩计算13

4.3 自动抓取机构手臂结构的设计14

4.3.1手臂伸缩驱动力的计算14

4.3.2手臂伸缩气缸的设计15

4.3.3手臂伸缩气缸缸径的确定18

4.3.4手臂伸缩气缸型号的选择18

设计小结20

参考文献21

1 绪论

1.1自动抓取机构的概述

1.1.1自动抓取机构的简介

自动抓取机构是模仿人手的动作，按照给定程序、轨迹和要求能实现自动抓取、搬运的自动机械装置。在工业生产中应用的自动抓取机构叫做“工业自动抓取机构”。在实际生产中，应用自动抓取机构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。尤其在恶劣的环境下代替人进行工作，意义非常重大。随着科学技术的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。

1.1.2自动抓取机构的类型

工业自动抓取机构的结构形式主要有四种分别介绍如下：

(1).直角坐标自动抓取机构结构特点

直角坐标自动抓取机构的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图1-1.a。

（2）.圆柱坐标自动抓取机构结构特点

圆柱坐标自动抓取机构的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图1-1.b。

参考文献

[1] 杨克桢,程光蕴,李仲生.《机械设计基础（第五版）》.北京：高等教育出版社,2006.

[2] E.H.尤列维奇等著.刘兴良等译.机器人和自动抓取机构控制系统.北京：新时代出版社，1986.

[3] 加腾一郎. 自动抓取机构图册.上海科学技术出版社，1979.

[4] 钱可强,何铭新.《机械制图》. 北京：高等教育出版社,2004.

[5] 邱宣怀, 等编著《机械设计》. 北京：高等教育出版社,1997.

[6] 蒋少茵.自动抓取机构模型与设计[J].华侨大学学报(自然科学版),1998,(04).

[7] 李明. 单臂回转式自动抓取机构设计[J]. 制造技术与机床, 2005,(07) .

[8] 余达太,马香峰.工业机器人应用工程.北京:冶金工业出版社,2001.

[9] 何存兴编.液压传动与气压传动.武汉：华中科技大学出版社.2000.8.

[10] 吴振彪编.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社.1997.

[11] 朱世强王宣银.机器人技术及其应用.浙江：浙江大学出版社.2001.

[12] 熊有伦.机器人技术基础[M].武汉:华中科技大学出版社,1996.

[13] 王斌; 姚永玉; 王忠伟; 李华; 张波,一种新型连杆式车轮搬运自动抓取机构的设计. 液压与气动2009,(02) .

[14] 张军,冯志辉. 多工步搬运自动抓取机构设计[J]. 机械设计, 2000,(04) .

[15] 王承义. 自动抓取机构及其应用.北京：机械工业出版社.1981.

[16] 李允文. 工业自动抓取机构设计.北京：机械工业出版社.1994.

[17] 周伯英.工业机器人设计.北京：机械工业出版社.1995.

[18] 陆祥生，杨秀莲.自动抓取机构理论及应用.北京：中国铁道出版社.1985.

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[22] 杨文亮. 苹果采摘机器人自动抓取机构结构设计与分析[D]. 江苏大学, 2009 .

[23] 赵德安 , 许建中 , 李金伴 , 项文新. 装箱自动抓取机构及其控制系统的设计. 江苏大学学报

[24] Doughty S.Mechanics of Machines.New York:John Wiley &Sons Inc.,1988

[25] Jensen P. W.Classical and Modern Mechanisms for Engineers and Inventors.New York:Marcel Dekker Inc.,1991

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内容简介：: 中国地质大学长城学院本科毕业设计题目自动抓取机构设计系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名刘建标学号 05211608 指导教师周琴职称副教授 2015 年 04 月 26 日 nts 自动抓取机构设计摘要本设计的自动抓取机构设计是基于提高劳动生产率、产品质量和经济效益，减轻工人劳动强度而设计的。在某些劳动条件极其恶劣的条件下，工人难以用手工工作，可用本自动抓取机构设计代替人力劳动。本设计为三自由度圆柱坐标型工业自动抓取机构设计，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。本设计中的三自由度棒料搬运自动抓取机构，主要是针对质量少于 10KG 的圆形棒料的搬运。通过气爪手指的不同选择可满足直径 50-100mm的棒料的搬运。在控制器的作用下，自动抓取机构执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线并把工件翻转过来这一简单的动作 . 关键词：三自由度；自动抓取机构；搬运；工业机器人 nts ABSTRACT This paper design for enhances the labor productivity, product quality, economic efficiency and reduces the worker labor intensity. Some job working at extremely bad environment, that people cant work in hand, so the robots can replace worker to do it. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current This paper mainly use at the transporting of circular good material that quality is short to 10KG. The different fingernail finger was Choice for transporting the good material that diameter is 50 to 100mm. Under controller function the robot move the components from one assembly line to other assembly line and turn over it in space, perform relatively simple takes. Keywords: three degrees of freedom; robot; transporting; industrial robot nts 目录 1 绪论 .1 1.1 自动抓取机构的概述 .1 1.1.1 自动抓取机构的简介 .1 1.1.2 自动抓取机构的类型 .1 1.2 气动自动抓取机构的发展 .2 1.3 自动抓取机构的主要工作 .2 2 自动抓取机构的工作过程及其控制要求 .2 2.1 自动抓取机构的基本结构 .2 2.2 自动抓取机构的控制要求 .3 3 自动抓取机构的方案设计及其主要参数 .4 3.1 自动抓取机构主要类型和自由度选择 .4 3.2 自动抓取机构的驱动方案设计 .4 3.3 自动抓取机构的控制方案设计 .5 3.4 自动抓取机构的技术参数 .5 4 自动抓取机构设计 .6 4.1 自动抓取机构手部结构的设计 .6 4.1.1 手指的形状和分类 .6 4.1.2 设计时考虑的几个问题 .7 4.1.3 手部夹紧气缸的设计 .7 4.2 自动抓取机构手腕结构的设计 .10 4.2.1 手腕的自由度 .10 4.2.2 手腕转动时所输的驱动力矩 .11 4.2.3 回转气缸的驱动力矩计算 .13 4.3 自动抓取机构手臂结构的设计 .14 4.3.1 手臂伸缩驱动力的计算 .14 4.3.2 手臂伸缩气缸的设计 .14 4.3.3 手臂伸缩气缸缸径的确定 .17 4.3.4 手臂伸缩气缸型号的选择 .18 设计小结 .20 参考文献 .21 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 1 1 绪论 1.1 自动抓取机构的概述 1.1.1自动抓取机构的简介自动抓取机构是模仿人手的动作，按照给定程序、轨迹和要求能实现自动抓取、搬运的自动机械装置。在工业生产中应用的自动抓取机构叫做“工业自动抓取机构”。在实际生产中，应用自动抓取机构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。尤其在恶劣的环境下代替人进行工作，意义非常重大。随着科学技术的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。 1.1.2 自动抓取机构的类型工业自动抓取机构的结构形式主要有四种分别介绍如下： (1).直角坐标自动抓取机构结构特点直角坐标自动抓取机构的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图1-1.a。（ 2） .圆柱坐标自动抓取机构结构特点圆柱坐标自动抓取机构的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图1-1.b。（ 3） .球坐标自动抓取机构结构特点球坐标自动抓取机构的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图1-1.c。（ 4） .关节型自动抓取机构结构特点关节型自动抓取机构的空间运动是由三个回转运动实现的，如图 1-1.d。 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 2 图 1-1 四种机器人坐标形式 1.2 气动自动抓取机构的发展气动技术被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在制造领域越来越受到重视，并且得到了广泛应用。目前，随着通信技术、微电子技术和自动化控制技术的发展，气动技术也在创新，以实际应用为目标，取得了空前的的发展。另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，因其元器件性能的提高，生产成本的降低，被广泛应用于现代工业生产领域。在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。 1.3 自动抓取机构的主要工作分析三个自由度的功能和作业任务，确定自动抓取机构的结构形式，进行自动抓取机构各关节的结构设计，进行三维装配图的建模，关键零部件设计计算。 2 自动抓取机构的工作过程及其控制要求 2.1 自动抓取机构的基本结构本设计中的自动抓取机构采用上下升降加平面转动式结构，自动抓取机构的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由 PLC控制驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。图 2-1为自动抓取机构简图 ,其中 1-执行气爪， 2-水平伸缩气缸， 3-旋转轴， 4-竖直气缸， 5-底座， 6-工件。 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 3 图 2-1 自动抓取机构简图根据分析可得出自动抓取机构的工作流程图，如图 2-2所示。图 2-2 自动抓取机构工作流程图可见，实现要求功能需要如下条件： (1)底座与横梁之间需要旋旋转气缸，旋转气缸有叶片式和齿轮齿条式。齿轮齿条式，是由齿轮和齿条啮合组成，气压推动齿条做直线运动，齿条与齿轮啮合，齿条的运动会形成齿轮的转动。 (2)横梁在普通情况下长度是固定的，如果工作台不进行调整，横梁长度可永远不变。由于课题任务要求手臂可以伸出缩短，本设计中在横梁上安装了执行气缸，可使用手动按钮调整横梁长度。 (3)竖直方向上是频率较高上下工作的机构，故选用执行气缸，其经济、环保、噪音低，同时符合课题要求。 (4)抓紧机构也可选用气动执行爪和执行气缸并用组成气动执行模块。 2.2 自动抓取机构的控制要求（ 1）自动抓取机构的自动运行：下降：当自动抓取机构检测到传送带 A 上有工件时，原点位置开始下降，下降到原位下降夹紧上升右移停止左移上升松开下降下限延时上限左限启动右限 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 4 位时，当碰到下极限开关，自动抓取机构停止下降，于此同时接通加紧电磁阀线圈。加紧工件：当自动抓取机构加紧到位时，压力继电器动合触电闭合，接通上升电磁阀线圈。上升：当自动抓取机构夹紧到位时，自动抓取机构开始上升，上升到位时，碰到上极限开关，自动抓取机构停止上升，同时接通右移电磁阀线圈。右移：当自动抓取机构上升到位时，自动抓取机构开始右移，右移到位时，碰到有极限开关，自动抓取机构停止右移同时接通下降电磁阀线圈。下降：当自动抓取机构右移到位时，自动抓取机构重新开始下降，下降到位时，碰到下极限开关，自动抓取机构停止下降，于此同时释放加紧电磁阀线圈。放松工件：放松动作为时间控制，设为 2秒。上升：工件放松后，自动抓取机构开始上升，上升到位时，碰到上极限开关，自动抓取机构停止上升，同时接通左移电磁阀线圈。左移：自动抓取机构上升到位后，开始左移，左移到位时，碰到左极限开关，自动抓取机构停止左移。回到原位：自动抓取机构左移到位后，回到原点位置，再次自动启动传送带 A，当光电开关检测到工件后，开始又一次工作周期。自动抓取机构的手动运行（ 2）手动运行是指自动抓取机构的上升、下降、左移、右移及夹紧操作通过对应的手动操作按钮控制，与操作顺序无关。 3 自动抓取机构的方案设计及其主要参数 3.1自动抓取机构的主要类型和自由度选择手臂的机构基本上决定了工作空间范围，按自动抓取机构手臂运动的不同运动的坐标形式和形态来进行分类，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。因为自动抓取机构在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，在操作机中主动关节的数目应等于操作机的自由度，因此，采用圆柱座标型式，相应的自动抓取机构具有三个自由。 3.2 自动抓取机构的驱动方案设计由于气压传动系统的反应灵敏，动作迅速，阻力损失和泄漏较小，成本低廉所以该自nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 5 动抓取机构采用气压传动方式。 3.3 自动抓取机构的控制方案设计当改变自动抓取机构的动作流程时，只需改变 PLC控制程序即可，方便快捷。图 3-1 送料自动抓取机构的工作示意图 3.4 自动抓取机构的技术参数一、用途 : 用于 100 吨以上冲床上下料。二、设计技术参数 : 1、抓重 10公斤 (夹持式手部 ) 2、自由度数 3个自由度 3、座标型式圆柱座标 4、最大工作半径 1500mm 5、手臂最大高 1188mm 6、手臂运动参数伸缩行程 150mm nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 6 伸缩速度 500mm/s 升降行程 170mm 升降速度 50mm/s 回转范围 0 240 回转速度 40 /s 7、手腕运动参数回转范围士 115 回转速度 180 /s 8、手指夹持范围棒料 : 50 100mm 9、定位方式行程开关或可调机械挡块等 10 定位精度士 0.5mm l1、缓冲方式液压缓冲器 12、驱动方式气压传动 13、控制方式点位程序控制 (采用 PLC) 4 自动抓取机构设计 4.1 自动抓取机构手部结构的设计为了使自动抓取机构的通用性更强，把自动抓取机构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。 4.1.1 手指的形状和分类最常见的一种是夹持式，常用的有两指式、多指式和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为外夹式和内卡式两种 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型 (或称直进型 )，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变为一支点回转型手指 ;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，应用广泛，制造容易。移动型应用少，而且其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，从而能可以夹持不同直径的工件。 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 7 4.1.2 设计时考虑的几个问题 (一 )具有足够的握力 (即夹紧力 ) 在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。 (二 )手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。 (三 )保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“ V”形面的手指，以便自动定心。 (四 )具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到自动抓取机构在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。 (五 )考虑被抓取对象的要求根据自动抓取机构的工作需要，通过比较，我们采用的自动抓取机构的手部结构是一支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成 V型 . 4.1.3 手部夹紧气缸的设计 1、手部驱动力计算本课题气动自动抓取机构的手部结构如图 4-1 所示，其工件重量 G=10 公斤，“ V”形手指的角度 2 =120， b=120mm， R=24mm,摩擦系数为 f=0.10。 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 8 图 4-1 齿轮齿条式手部 (1) 根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : NR2bP (2) 根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式 : NtgG tgN 5042560105.0)(5.0 所以： NR2bP =490（ N） (3) 实际驱动力 : 21KKPP 实际因为传力机构为齿轮齿条传动，故取 =0.94 ，并取 1K =1.5. 若被抓取工件的最大加速度取 a=g 时，则 : 212 gaK 所以： NP 1 56 394.0 25.14 90 实际故夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为 1563N。 2、气缸的直径 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 9 本气缸是单向作用气缸，其公式为 : zt FFpDF 421 式中 : 1F 活塞杆上的推力， N tF 弹簧反作用力， N zF 气缸工作时的总阻力， N P 气缸工作压力， Pa 弹簧反作用按下式计算 : SlCFft nDGdCf 31418 12 dDD t 式中 : fC 弹簧刚度， N/m L 弹簧预压缩量， m S 活塞行程， m d1 弹簧钢丝直径， m Dt 弹簧平均直径， m D2 弹簧外径， m n 弹簧有效圈数 G 弹簧材料剪切模量，一般取 G=79.4X 1 护 Pa 在设计中，必须考虑负载率几的影响，则 : tFpDF 421 由以上分析得单向作用气缸的直径 : pFFDt 14 代入有关数据，可得： nDGdCf 31418 mN /46.3677 1510308/105.3104.793439 SlCFft nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 10 N6.22010606.3367 3 所以：pFFDt 14 mm23.65 4.0105.0/6.22049042/16 查有关手册圆整，得 D=65 mm 由 d/D=O.2 0.3，可得活塞杆直径 :d=(0.2 0.3)D=13 19.5 mm 圆整后，取活塞杆直径 d=18 mm 校核，按公式 24/ dFt有 : 2/1/4 tFd 其中 =120MPa, Ft=750N 则 :d (4 490/ 120) 2/1 =2.28 18 满足设计要求。 3、缸筒壁厚的设计缸筒必须要有一定厚度，其壁厚可按薄壁筒公式计算 : 2/pDP式中 : 6 缸筒壁厚 mm D 气缸内径，咖 Pp 实验压力，取 Pp=1.5PtPa 材料为 : ZL3, =3MPa 代入己知数据，则壁厚为 : 2/pDP= 365 101032/10665 =6.5 mm 取 =7.5 mm，则缸筒外径为 :D=65+7.5 2 =80 mm。 4.2 自动抓取机构手腕结构的设计 4.2.1 手腕的自由度 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 11 手腕自由度的选用与自动抓取机构的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本自动抓取机构抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕 x轴转动回转运动才可满足工作的要求。目前实现手腕回转运动的机构应用最多的为回转气缸，因此我们选用回转气缸。其结构紧凑，但回转角度小于 360度，并要求严格的密封。 4.2.2 手腕转动时所输的驱动力矩手腕的回转、左右和上下摆动都是回转运动 .图 4-2所示为手腕受力的示意图。 1.工件 2.手部 3.手腕图 4-2 手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可以按照下面的公式计算 : M驱= M惯+ M偏+ M摩+M封cm (4-1) 式中 : M驱驱动手腕转动的驱动力矩 (Kg cm); M惯惯性力矩 (Kg cm); M偏参与转动的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回转缸的动片 )对转动轴线所产生的偏重力矩 (Kg cm),. M摩手腕转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩 (Kg cm); M封手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 (Kg cm ); 如图 4-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算 : nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 12 1、手腕加速运动时产生的惯性力矩 M惯若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为 t，则 : M惯= tJJ 1(N.cm) 若手腕转动时的角速度为，起动过程所转过的角度为，则 : M惯= 221JJ(N.cm) 式中 : J 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 (N cm s2 ); J1 工件对手腕转动轴线的转动惯量 (N cm s2 );。若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 J1 ,为 : 2111 egGJJg Jg 工件对过重心轴线的转动惯量 (N cm s2 ); G1 工件的重量 (N); 1e 工件的重心到转动轴线的偏心距 (cm)-, 手腕转动时的角速度 (弧度 /s); t 起动过程所需的时间 (S); 起动过程所转过的角度 (弧度 )。 2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 M偏M偏=3311 eGeG 式中 : G3 手腕转动件的重量 (N); e3 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距 (cm). 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 11eG =0 . 3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 M摩M摩= 122 dRdRf BA 式中 : d1 、 d2 手腕转动轴的轴颈直径 (cm); f 轴承摩擦系数，对于滚动轴承 f=0.01 ，对于滑动轴承 f=0.1; RA 、 RB 轴颈处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据 0Fm A 得 : RB l+G3l3=G2 l2 + G1 l1 同理，根据 0FmB得 : RA =l lGlGlG 332211 式中 : G2 手部的重量 (N) nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 13 1、 11 、 l2 、 l3 如图 4-1所示的长度尺寸 (cm). 4、回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 M封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。 4.2.3 回转气缸的驱动力矩计算在自动抓取机构的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的二理如图4-3所示，定片 1与缸体 2固连，动片 3与回转轴 5固连。动片封圈 4把气腔分隔成两个 .当压缩气体从孔 a进入时，推动输出轴作逆时 4回转，则低压腔的气从 b孔排出。反之同理。单叶 J气缸的压力 p和驱动力矩 M的关系为 : 222 rRpbM （ 4-9）或： 222rRbMp图 4-3 回转气缸简图式中 : M- 回转气缸的驱动力矩 (N cm); P- 回转气缸的工作压力 (N cm); R- 缸体内壁半径 (cm); r- 输出轴半径 (cm); nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 14 b 动片宽度 (cm). 4.3 自动抓取机构手臂结构的设计 4.3.1 手臂伸缩驱动力的计算手臂作水平伸缩时所需的驱动力 : 图 4-4手嘴伸出时的受力状态图 4-4 所示为活塞气缸驱动手臂前伸时的示意图。驱动力计算公式为 : P 驱 = P 惯 + P 摩 + P 密 + P 背 N （ 5-1）式中 :P 惯手伶在起动过程中的惯性力 (N); P 摩摩擦阻力 (包括导向装置和活塞与缸壁之间的摩擦阻力 )(N); P 密密封装置处的摩擦阻力 (N)，用不同形状的密封圈密封，其摩擦阻力不同。 P 背气缸非工作腔压力 (即背压 )所造成的阻力 (N)，若非工作腔与油箱或大气相连时，则 P 背 =0 。 4.3.2 手臂伸缩气缸的设计 1驱动力计算根据手臂伸缩运动的驱动力公式 :F=Ff + tm其中，由于手臂运动从静止开始，所以 v=v, nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 15 设计气缸材料为 ZL3，活塞材料为 45钢，查询手册可知 f=0.17.质量计算 :手臂伸缩部分主要由手臂回转气缸、手臂伸缩气缸、手臂伸缩用液压缓冲器、夹紧气缸、手爪及相关的固定元件组成。气缸为标准气缸，根据气动元件厂的产品样本可估其质量，同时测量设计的相关尺寸，从而得知伸缩部分夹紧物体时它的质量为 70kg，放松物件后它的质量为 55kg.接触面积为 :S=O.5m2 则上料时： NFf 3 5 05.01070 F=Ff + tm= 05.01060070350 3 =1540（ N）下料时： NFf 2 7 55.01055 F=Ff + tm= 05.0/1060055275 3 =935(N) 考虑安全因素，应乘以安全系数 K=1.2 则上料时 : F=1540 1.2=1850 (N) 下料时 : F=935 1.2=1120 (N) 2、气缸的直径根据双作用气缸的计算公式 :41 DpF 4222 pdDF 其中 : F1 活塞杆伸出时的推力， N F2 活塞杆缩入时的拉力 d 活塞直径， mm P 气缸工作压力， Pa 代入有关数据，得 : 当推力做功时 : pFD 14 = 2/13 4.010518504 =108.5(mm) nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 16 当拉力做功时 : D=(1.01 1.09)(4F2 / 2/1p =(1.01 1.09) 2/15 4.0105/1 1 2 24 =92.12(mm) 圆整后，取 D=100mm 3、活塞杆直径的计算根据设计要求 ,此活塞杆为空心活塞杆，目的是杆内将装有 3根伸缩气管。因此，活塞杆内径要尽可能大，假设取 d=70mm, d0 =56mm. 校核如下 :(按纵向弯曲极限力计算 ) 气缸承受纵向推力达到极限力 Fk 以后，活塞杆会产生轴向弯曲，出现不稳定现象。因此，必须使推力负载 (气缸工作负载 F1 与工作总阻力 Fz 之和 )小于极限力 Fk 。有关公式为 : 式中 : L 活塞杆计算长度， m K 活塞杆横截面回转半径，空心杆4202 ddK ， m d0 空心活塞杆内孔直径， m A1 活塞杆横截面面积，空心杆 644041ddA ， m2 f 材料强度实验值，对钢取 f=2.1 107 Pa a 系数，对钢 a=1/5000 代入有关数据，得 : 211kLnafAFK 211kLnafAF Knts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 17 = 4/10561070/103005000/11105610704/10492323323237 =573(KN) 推力负载为 : PDFFzf 24代入有关数据，得 : zf FF = 236 10100104.04 =3142(N) zf FF kF所以，安全。设计符合要求。 4,缸筒壁厚计算根据公式： 2 pDP式中 Pp为实验压力，取 Pp=1.5P=0.6 106 Pa 材料为 ZL3，则 =3MPa，则： 2 pDP=6631032 106.010100 =10 mm 取 12 mm. 4.3.3 手臂伸缩气缸缸径的确定缸径的计算公式 14 /( )D F P 查液压气动系统设计手册得式中： P 气缸的工作压力（ Pa） ,本气缸选为 0.6MP 气缸总的机械效率，本气缸估算为 0.4 D 气缸的内径（ m）。 1F 气缸的负载力（ N）。本气缸负载较小取为 10N nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 18 把以上数据代入 614 / ( ) 4 5 / ( 0 . 6 3 0 . 4 1 0 ) 0 . 0 2 5 2 6D F P m 查机械设计手册 -气压传动表 22-1-64 气缸内径取标准为 32mm。行程的确定由设计的工作要求活塞行程取为 320mm。 4.3.4 手臂伸缩气缸型号的选择由以上参数的计算选费斯托 (Festo)公司（） DNG-32-320-PPV-A型气缸 ,本气缸活塞安装有传感装置，活塞位置可以被行程开关检测到，从而实现对气缸位置的控制。选用的控制安装附件为 SMB-2-B。该气缸的缓冲长度为 19mm。由于本气缸工作行程较大，且推杆端的垂直负载较大，使推杆受的弯曲应力较大。选用该气缸的一个安装附件，导向单元 FENG-32-320-KF。气缸直接安装在该导向单元上。下图为该导向单元外观图图 4-5 导向单元下图为最大工作负载与导杆投影距离之间的关系图 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 19 图 4-6 负载特性图由上图表可查得本设计选用的 FENG-32气缸在最大伸长距离 320mm的情况下其最大负载为 55N。而气爪连工件的质量约为 4kg，摆动气缸质量为 1.02kg。所以导向单元的实际总负载fG=5.02kg=49.196N。fG55N 满足设计要求，该导向单元可用。 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 20 设计小结 1、本次设计的是气动自动上下料自动抓取机构，相对于专用自动抓取机构，此自动抓取机构可用于各种生产中机械上下料，可配合不同的机械共同运作，适用面较广。 2、设计中查阅了很多资料，查出了许多数据，为在图纸设计打下了很好基础，同时发现设计图纸不可以随心所欲，必须根据相关标准，否则设计的图纸就会有错误。 3、自动抓取机构是模仿人手的动作，生产中应用它可以提高自动化水平和劳动生产率，减轻人们劳动强度，同时保证生产质量，尤其在恶劣条件下代替人们作业的意义更加重大，所以自动抓取机构必将在未来加工中得到越来越广泛的应用。 nts中国地质大学长城学院 2015届毕业设计 21 参考文献 1 杨克桢 ,程光蕴 ,李仲生 .机械设计基础（第五版） .北京：高等教育出版社 ,2006. 2 E.H.尤列维奇等著 .刘兴良等译 .机器人和自动抓取机构控制系统 .北京：新时代出版社， 1986. 3 加腾一郎 . 自动抓取机构图册 .上海科学技术出版社， 1979. 4 钱可强 ,何铭新 .机械制图 . 北京：高等教育出版社 ,2004. 5 邱宣怀 , 等编著机械设计 . 北京：高等教育出版社 ,1997

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