柔性制造系统中输送单元设计(毕业设计).doc

1 毕毕 业业 设设 计计 柔性制造系统中输送单元设计柔性制造系统中输送单元设计 系系 别别 机电工程系机电工程系 专专 业业 机电一体化机电一体化 姓姓 名名 张发超张发超 学学 号号 09542350954235 指导教师指导教师 王周让王周让 二零一一年十一月一日二零一一年十一月一日 2 绪论绪论 2 2 第一章第一章 输送单元的概述输送单元的概述 3 3 1 1 课题的提出及主要任务 3 1 2 输送单元的概述 3 1 3 输送单元的结构组成 4 第二章第二章 输送单元机械手手输送单元机械手手臂臂装置的设计方案装置的设计方案 1111 2 1 机械手的运动 11 2 2 机械手的手臂结构方案设计 11 2 3 机械手的主要参数 11 2 4 手部要求 13 2 5 机械手的技术参数列表 15 第三章第三章 输送单元手臂伸缩气缸的尺寸设计输送单元手臂伸缩气缸的尺寸设计 1717 3 1 输送单元手臂伸缩气缸方案一的尺寸设计 17 3 2 输送单元手臂伸缩部分方案二的尺寸设计 17 3 3 导向装置 20 3 4 平衡装置 20 3 5 气压传动系统工作原理图 20 第四章第四章 结论结论 2222 致致 谢谢 2323 参考文献参考文献 2424 3 绪论 柔性制造系统 FMS 是集微电子技术 计算机技术 通信 略 控制 技术于一体的具有高自动化程度的制造系统 柔性制造系统一般是指在批 量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统 与旧产 系统相比 柔性制造系统可适用于多品种产品的中小批量生产 它减少了劳 动力成本 节约了生产成本 提高了机床的利用率 缩短了中间产品库存的 时间 同时根据实际需要这种系统可以随意装拆和增加新的功能单元 本 论文所研究的柔性制造系统属于生产实训系统 本文主要对柔性制造系统 的输送单元进行了系统的分析和研究 在调研国内外研究现状基础上 探究 了柔性制造系统的整体构架及原理 论文重点研究了柔性制造系统输送单 元各种传输形式的结构构成 功能及工作原理 机械手手臂装置的设计 手臂伸缩气缸的尺寸设计 4 第一章 输送单元的概述 1 1 课题的提出及主要任务 物料输送单元在整个柔性演示系统中扮演着至关重要的角色 物料输 送单元的结构设计是否合理及稳定性能好坏直接反应了整个系统的优劣 本设计中 采用性能稳定 定位精度高的进口元部件作为物料的定位系统 利用可编程序控制器对机械手进行控制 选取了合适的 PLC 型号 根据机 械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案 画出了机械手的工作 时序图 并绘制了可编程序控制器的控制程序 关键词 换向阀 机械手 气动驱动 可编程控制器 PLC 1 2 输送单元的概述 输送单元由操作机 机械本体 控制器 伺服驱动系统和检测传感装置构成 是 一种输送装置 它可自动控制 可重复编程 能在三维空间完成各种作业的机电一体 化自动化生产设备 特别适合于多品种 变批量的柔性生产 它对稳定 提高产品质 量 提高生产效率 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用 输送单元并不是在简单意义上代替人工的劳动 而是综合了人的特长和机器特长 的一种拟人的电子机械装置 既有人对环境状态的快速反应和分析判断力 又有机器 可长时间持续工作 精确度高 抗恶劣环境的能力 从某种意义上说它也是机器的进 化过程产物 它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各 也是先进制造技术领 域不可缺少的自动化设备 输送单元能按给定程序 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 生产中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 5 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 装配以及轻工业 交通运输业等方面得到越来越广泛的引用 机械手的结构形式开始比较简单 专用性较强 仅为某台机床的上下料装置 是 附属于该机床的专用机械手 随着工业技术的发展 制成了能够独立的按程序控制实 现重复操作 适用范围比较广的 程序控制通用机械手 简称通用机械手 由于通 用机械手能很快的改变工作程序 适应性较强 所以它在不断变换生产品种的中小批 量生产中获得广泛的引用 1 3 输送单元的结构组成 输送单元是 YL 335A 系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元 该单元主要完成驱动抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台 在物料台上抓取 工件 把抓取到得工件输送到指定地点然后放下的功能 同时 该单元在 PPI 网络系 统中担任着主角色 它接收来自按钮 指示灯模块的系统主令信号 读取网络上各从 站的状态信息 加以综合后 向各从站发送控制要求 协调整个系统的工作 输送单元由抓取机械手装置 步进电动机传动组件 PLC 模块 按钮 指示灯模 块和接线端子排等部件组成 如图 1 1 所示 6 图 1 1 输送单元的组成 1 3 1 气动手指 气动手指由一个二位五通双向电磁阀控制 带状态保持功能用于各个工作站抓取 搬运 双向电控阀工作原理和双稳态触发器类似 即输出状态由输入状态决定 如果 输出状态确认了 即使无输入状态双向电控阀一样保持被触发前的状态 1 3 2 双杆气缸 双杆气缸由一个二位五通单向电控阀控制 用于控制手爪伸出缩回 1 3 3 回转气缸 回转气缸由一个二位五通单向电控阀控制 用于控制手臂回转 90 旋转 气缸旋 转角度可以任意调节 调节范围 0 180 调节通过节流阀下方两颗固定缓冲器调 整 1 3 4 提升气缸 提升气缸由一个二位五通单向电控阀控制 用于整个机械手的提升下降 以上气 缸运行速度快慢由出气口节流阀调整进气量进行速度调节 1 3 5 步进电动机 步进电动机传动组件用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动 完成精确定位的 功能 1 36 按钮 指示灯模块 该模块放置在抽屉式模块放置架上 模块上安装的所有元器件的引出线均连线到 面板上的安全插孔 按钮 指示灯模块内安装了按钮 开关 指示灯 蜂鸣器和开关稳压电源等三类 元器件 具体如下 1 按钮 开关 急停按钮一只 转换开关二只 复位按钮黄 绿 红各一只 自锁按钮黄 绿 红各一只 7 2 指示灯 蜂鸣器 24 指示灯黄 绿 红各二只 蜂鸣器一只 3 开关稳压电源 DC24 6A 12 2A 各一组 一 施行机构 包括手部 伎俩 手臂和立柱等部件 有的还增设行走机构 1 手部 即与物件接触的部件 由于与物件接触的方式差别 可分为夹持式和吸附式手部 夹持式手部由手指 或手爪 和传力机构所组成 手指是与物件直接接触的构件 常 用的手指运动方式有回转型和平移 2 手腕 是连接手部和手臂的部件 可以调整和改变工件方位 3 手臂 手臂是支承被抓物件 手部 手腕的重要部件 手臂的作用是带动手指去抓取物 件 并按预定要求将其搬运到指定的位置 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件 如油缸 气缸 齿轮齿条机构 连 杆机构 螺旋机构和凸轮机构等 与驱动源 如液压 气压或电机等 相配合 以实现手 臂的各种运动 8 图 2 机械手的手臂运动示意图 手臂在进行伸缩或升降运动时 为了防止绕其轴线的转动 都需要有导向装置 以保证手指按正确方向运动 此外 导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力 矩以及手臂回转运动时在启动 制动瞬间产生的惯性力矩 使运动部件 受力状态简单 导向装置结构形式 常用的有 单圆柱 双圆柱 四圆柱和 V 形槽 燕尾槽等导向 型式 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 手臂的回转运动和升降 或 俯仰 运动均与立柱有密切的联系 机械手的立往通常为固定不动的 但因工作需要 有时也可作横向移动 即称为可移式立柱 5 行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作 或扩大使用范围时 可在机座上安 装滚轮 轨道等行走机构 以实现工业机械手的整机运动 滚滚轮轮式式布行走机构 可分为有轨的和无轨的两种 驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置 6 机座 9 机座是机械手的基础部分 执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上 起支 承和连接的作用 有时为了完成远距离的操作和扩大使用范围 可以增设滚轮行走机构 驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置 通常由动力源 控制调节 装置和辅助装置组成 常用的驱动系统有液压传动 气压传动 电力传动和机械传动 控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统 目前工业机械手的控制 系统一般由程序控制系统和电气定位 或机械挡块定位 系统组成 控制系统有电气控制和射流控制两种 它支配着机械手按规定的程序运动 并记 忆人们给予机械手的指令信息 如动作顺序 运动轨迹 运动速度及时间 同时按其 控制系统的信息对执行机构发出指令 必要时可对机械手的动作进行监视 当动作有 错误或发生故障时即发出报警信号 位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置 并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统 并与设定的位置进行比较 然后通过控制系统进行调整 从而使执行机构以一定的精 度达到设定位置 1 37 机械手的分类 1 机械手的分类 机械手按不同的标准可有不同的分类方法 如按用途可分为通用机械手和专用机 械手 按驱动方式可分为液压驱动机械手 气压驱动机械手 电力驱动机械手和机械 驱动机械手 按控制方式可分为点位控制机械手和连续轨迹控制机械手两种 工业机 械手的种类很多 关于分类的问题 目前在国内尚无统一的分类标准 在实际应用中 大多按运动坐标形式将机械手分为直角坐标式 圆柱坐标式 球 坐标式和关节坐标式四种 在此暂按使用范围 控制系统和坐标式等进行分类 一 按坐标系分类 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 二 按用途分 10 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 1 专用机械手 它是附属于主机的 具有固定程序而无独立控制系统的机械装置 专用机械 手具有动作少 工作对象单一 结构简单 使用可靠和造价低等特点 适用于大 批量的自动化生产 如自动机床 自动线的上 下料机械手和 加口工中心 附属的 自动换刀机械手 2 通用机械手 它是一种具有独立控制系统的 程序可变的 动作灵活多样的机械手 在规格性 能范围内 其动作程序是可变的 通过调整可在不同场合使用 驱动系统和 控制系统是独立的 通用机械手的工作范围大 定位精度高 通用性强 适用于 不断变换生产品种的中小批量自动化的生产 通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种 简易型以 开 一关 式控制定位 只能是点位控制 伺服型具有伺服系统定位控制系统 可以是点 位的 也可实现连续轨迹控制 一般的伺服型通用机械手属于数控类型 三 按控制方式分 1 点位控制 它的运动为空间点到点之间的移动 只能控制运动过程中几个点的位置 不能控 制其运动轨迹 若欲控制的点数多 则必然增加电气控制系统的复杂性 目前使用的 专用和通用工业机械手均属于此类 2 连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线 其特点是设定点为无限的 整个移动过程 处于控制之下 可以实现平稳和准确的运动 并且使用范围广 但电气控制系统复杂 这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制 11 第二章 输送单元机械手手臂装置的设计方案 对气动机械手的基本要求是能快速 准确地拾一放和搬运物件 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 并能实柔性转换和编程控制 2 1 机械手的运动 机械手以及其手部所夹持的工件 或工具 在空间的位置 由臂部 腕部等组成 部件以及整机的各自独立运动的合成来确定 如图 2 所示 机械手通常可实现如下的 基本动作 手臂的运动 伸缩运动 回转运动 上下摆动 即俯仰 升降运动 手腕的运动 回转运动 上下摆动 左右摆动 手部的运动 夹紧和松开 整机主体的运动 整机行走 机械手的每一个运动 必须要配有一个原动件 当各原动件按一定的规律运动时 机械手各运动部件随之作确定的运动 从而使机械手具有运动和位置的确定性 2 2 机械手的手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求 本机械手的手臂有三个自由度 即手臂的伸缩 左右回转 和降 或俯仰 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 2 3 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 查阅相关机 12 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10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 1 抓取重量 抓取重量 又称臂力 是指机械手所能抓取或搬运物件的最大重量 它对其他参 数如行程范围 运动速度 坐标形式和缓冲装置的设计均有影响 是机械手最基本的 参数 主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数 目前机械手最大抓重以 10 公斤左右 的为数最多 故该机械手主参数定为 10 公斤 高速动作时抓重减半 使用吸盘式手部 时可吸附 5 公斤的重物 2 运动速度 运动速度反映了机械手的生产水平 影响机械手的运动周期和工作效率 很多机 械手由于速度低而限制了它的使用范围 影响机械手动作快慢的两个主要运动是手臂 的伸缩和回转运动 速度大小与机械手的驱动方式 定位方式 抓重大小和行程距离 有关系 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升降及 旋转的速度 该机械手最大移动速度设计为 1 2m s 最大旋转速度设计为 1200 s 平均移动 速度为 lm s 平均回转速度为 900 s 机械手动作时有启动 停止过程的加 减速度存在 用速度一行程曲线来说明速 度特性较为全面 因为平均速度与行程有关 故用平均速度表示速度的快慢更为符合 速度特性 除了运动速度以外 手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径 大部分机械 手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间 过大的伸缩行程和工作半径 必然带来偏重力矩增大而刚性降低 在这种情况下宜采用自动传送装置为好 根据统 计和比较 该机械手手臂的伸缩行程定为 600mm 最大工作半径约为 1500mm 手臂安装 前后可调 200mm 手臂回转行程范围定为 2400 应大于 180 否则需安装多只手臂 又 13 由于该机械手设计成手臂安装范围可调 从而扩大了它的使用范围 手臂升降行程定 为 150mm 定位精度也是基本参数之一 该机械手的定位精度为土 0 5 lmm 3 行程范围 机械手的手臂运动行程对使用性能有较大的影响 一般来说 通用机械手的手臂 回转应尽可能大些 回转行程范围应大于 180 使机械手具有一定的通用性 手臂伸 缩行程及工作半径要适宜 太大会增加手臂悬伸量 相应的偏重力矩和转动惯量也增 加 且刚性降低 对于定位精度也难以保证 4 定位精度 定位精度是衡量机械手工作质量的又一重要指标 是指机械手的运动部件从某一 起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的准确程度 定位精度的高低取 决于位置控制方式以及机械手运动部件本身的精度和刚度 并和抓取重量 运动速度 等因素也有密切关系 定位精度包括位置设定精度和重复定位精度两种 一般所说的 定位精度是指重复定位精度 2 4 手部要求 2 4 1 概述 手部是机械手直接抓取和握紧 或吸附 物件或夹持专用工具执行作业任务的部件 因此手部的结构和尺寸应依据作业任务要求来设计 从而形成了多种多样的结构型式 它安装在手臂的前端 可以模仿人手动作 如 图 3 所示 14 图 3 设计手部时除了要满足抓取要求外 还应满足以下几点要求 1 手指握力的大小要适宜 确定手指的握力 即夹紧力 时 应考虑工件重量以及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 但握力太大又会造成浪费并可能损 坏工件 2 应保证工件能顺利地进入或脱开手指 开合式手指应具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围 保证有足够的夹紧 距离以方便地抓取和松开工件 移动式钳爪要有足够大的移动范围 3 应具有足够的强度和刚度 并且自身重量轻 因受到被夹持工件的反作用力和运动过程中的惯性力 振动等的影响 要求机械 手具有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形 但结构要简单紧凑 自重轻 并使手 部的重心在手腕的回转轴线上 使手腕的扭转力矩最小 4 动作迅速 灵活 准确 通用机械手还要求更换手部方便 根据用途手部可分为夹持式手部 吸附式手部和专用工具 喷枪 扳手 焊接工 具 三类 1 夹持式手部 15 夹持式手部对抓取工件的形状具有较大的适应性 故应用较广 它的动作与钢丝 钳或台虎钳相似 夹持式手部是由驱动装置 传动机构和手指 或手爪 等组成 驱动装置多半用 活塞缸 传动机构常用连杆机构 滑槽杠杆机构 齿轮齿条机构等 手指通常是两指 也有多指等形式 指端是手指上直接与被夹持工件接触的部位 它的结构形状取决于 工件的形状 手部结构按模仿人手手指的动作 可分为回转型 移动型等型式 回转型的连杆 传动手部它由双作用活塞缸 连杆机构和手指组成 当驱动活塞左右移动时 通过连 杆机构使手指闭合或张开 这种结构由于各连杆间都是铰链连接 故能传递较大的作 用力 另外 在一定的驱动力条件下 适当地选择连杆尺寸可使手指获得较大的夹紧 力 但应注意 当活塞向左移动到使连杆组成的角 a 为零时 手指已闭合到极限位置 若此时手指还没有夹紧工件 活塞再左移则手指反而要张开 因此 设计时须注意工 件尺寸及各连杆尺寸 保证 a 角要大于零 2 吸附式手部 吸附式手部是靠吸附力抓取物料 它适用于抓取大平面 易碎 微小等类型的物料 吸附式手部有真空负压吸盘和电磁吸盘两种 a 真空负压吸盘 真空负压吸盘是用橡胶或软塑料制成碗状 使之在吸盘中形成真空而把工件吸附 住 多半应用于抓取薄板工件及弧形壳体工件等 其特点是结构简单 重量轻 表面 吸附力分布均匀 但对吸取的工件表面要求平整而无孔洞 它不宜吸取过重的工件 b 电磁吸盘 电磁吸盘是采用电磁铁 通过磁场吸力作用吸取工件 它的结构简单 但只适用 于磁性材料工件 不能在高温下应用 所以经过对比我选取了夹持式手剖及气流负压式吸盘 2 5 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 16 10 公斤 夹持式手部 5 公斤 气流负压式吸盘 2 自由度数 3 个自由度 3 坐标型式 圆柱坐标 4 最大工作半径 1500mm 5 手臂最大中心高 1380mm 6 手臂运动参数 升降行程 200mm 升降速度 300mm s 回转范围 0 180 回转速度 90 7 手腕运动参数 回转范围 0 180 回转速度 180 s 8 手指夹持范围 棒料 80 150mm 片料 面 积不大于 0 5m Z 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 17 18 第三章 输送单元手臂伸缩气缸的设计 3 1 输送单元手臂伸缩气缸方案一的设计 为方便大规模生产需求以及采购 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100 63MM 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 1 D 足使用要求即可 设计使用压强 MPaP4 0 则驱动力 F P R2 0 4 106 3 14 0 03152 1246N 2 测定手腕质量为5kg 设计加速度a 10 m s 则惯性力 F1 am 10 5 50N 3 考虑活塞等的摩擦力 设定摩擦系数k 0 2 Fm k F1 50 0 2 10N 总受力F0 F1 Fm 50 10 60N F0 F 所以标准CTA气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求要求 3 2 输送单元手臂伸缩部分方案二的设计 为使所设计的机械手拥有更高精度 同时便于安装调试 现设计手臂伸缩部分第 二套方案 1 活塞杆上输出力和缸径的计算 活塞左行时活塞杆产生推力F1 活塞右行时产生拉力F2 19 F1 D2p 4 FZ F2 D2 d2 4 FZ 式中 F1 活塞杆的推力 N F2 活塞杆的拉力 N D 活塞直径 m d 活塞杆直径 m p 气缸工作压力 Pa FZ 气缸工作总阻力 N 气缸工作时的总阻力FZ与众多因素有关 如运动部件惯性力 背压阻力 密封处摩 擦力等 以上因素可以载荷率 的形式计入公式 如要求气缸的静推力F1和静拉力FZ 则 计入载荷率后 计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特征 若气缸动态参数要求较高 且工作频 率高 其载荷率一般取 速度高时取小值 速度低时取大值 若气缸动态参数 要求一般 且工作频率低 基本是匀速运动 其载荷率可取 根据要求本次设计 中 我们取 活塞杆拉力为克服机械手的自重 1 5KG 和克服抓取物的重量 0 8 2 F 0 5KG 所用的力为 F2 1 5 0 5 10 20N 可求得气缸直径D 当推力作功时 活塞杆d可根据气缸拉力预先估定 估定活塞杆直径可按 d D 0 2 0 3计算得 85mm 式中系数在缸径较大时取小值 缸径较小时取大值 以上公式计算出的气缸内径D应圆整为标准值 根据d D 0 2 0 3可估算得 d 12cm 20 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 F1 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 S 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Fk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 Fk n 2EI L2 当长细比 时 式中 L 活塞杆计算长度 m K 活塞杆横截面回转半径 实心杆 空心杆 I 活塞杆横截面惯性矩 实心杆 I d4 64 空心杆 I d4 d04 64 d0 空心活塞杆内径直径 m A1 活塞杆截面积 实心杆 A1 d2 4 空心杆 A1 d2 d02 4 n 系数d02 见表3 3 E 材料弹性模量 对钢取E 2 1 1011Pa f 材料强度实验值 对钢取f 49 107Pa 21 a 系数 对钢取a 1 5000 3 3 导向装置 气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时 为了防止手臂绕轴线转动 以保证手指 的正确方向 并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用 以增加手臂的刚性 在设计手臂 结构时 应该采用导向装置 具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体 重量等因素来确定 同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对 回转中心的惯量 导向杆目前常采用的装置有单导向杆 双导向杆 四导向杆等 在本设计中才用 单导向杆来增加手臂的刚性和导向性 3 4 平衡装置 在本设计中 为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态 减少手抓一侧 重力矩对性能的影响 故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置 装置内加放砝码 砝码 块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节 务求使两端尽 量接近平衡 3 5 气压传动系统工作原理图 图 4 为该机械手的气压传动系统工作原理图 它的气源是由空气压缩机 排气压 力大于0 4 0 6MPa 通过快换接头进入储气罐 经分水过滤器 调压阀 油雾器 进 入各并联气路上的电磁阀 以控制气缸和手部动作 22 图 4 机械手气压传动原理图 序号型号规格名称数量 1QF 44 气动截止阀 1 2 储气缸 2 3QSL 26 S 1 分水滤气器 1 4QTY 20 S 1 减压阀 1 5QIU 20 S 1 油雾器 1 6YJ 1 压力继电器 1 7Q 2 4DH 10 S 1 二位五通电磁换向阀 1 8Q24D 2 H 10 S 1 二位五通电磁换向阀 4 9Q24D 2 H 15 S 1 二位五通电磁换向阀 1 10 单向节流阀 2 11LI 25 单向节流阀 2 12 快速排气阀 2 13 气液转换器 1 表3 各执行机构调速 凡是能采用排气口节流方式的 都在电磁阀的排气口安装节流 阻尼螺钉进行调速 这种方法的特点是结构简单 效果尚好 如手臂伸缩气缸在接近 气缸处安装两个快速排气阀 可以加快启动速度 也可调节全程上的速度 升降气缸 采用进气节流的单向节流阀以调节手臂上升速度 由于手臂可自重下降 其速度调节 仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成 气液传送器气缸侧的排气节流 可 用来调整回转液压缓冲器的背压大小 为简化气路 减少电磁阀的数量 各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器 这样可 以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀的气路阻尼元件 电磁阀的通径 是根据各工作气缸的尺寸 行程 速度计算出所需压缩空气流量 与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的 23 第四章 结论 1 本次设计的是气动通用机械手 相对于专用机械手 通用机械手的自由度可 变 控制程序可调 因此适用面更广 2 该机械手可以选择配置普通的夹持手指 以抓取一般工件 也可更换喷射式气 流负压吸盘 以吸附玻璃 墙地砖等板料及光盘 磁盘等薄型不透气工件 使机械手 的用途更多 使用范围更广 另外 该机械手既可以用于搬运小型零件 也可供教学 实验使用 3 采用气压传动 动作迅速 反应灵敏 能实现过载保护 便于自动控制 工作 环境适应性好 不会因环境变化影响传动及控制性能 阻力损失和泄漏较小 不会污 染环境 同时成本低廉 4 机械手采用 PLC 控制 具有可靠性高 改变程序灵活等优点 无论是进行时间 控制还是行程控制或混合控制 都可通过设定 PLC 程序来实现 可以根据机械手的动 作顺序修改程序 使机械手的通用性更强 5 如果该 PLC 程序再和组态监控软件连接将能更形象的表达出机械手的实时工作 过程 可达到操作远程监控机械运转的效果 让操作人员远离恶劣的工作环境 但遗 憾的是我们没有做出组态的动画效果 24 致 谢 首先 我要感谢王老师对我毕业设计的指导 导师严谨的治学态度和精益求精的 工作作风使我收益匪浅 在此 我首先向老师表示诚挚的感谢 并致以崇高的敬意 在这次毕业设计课题研究中 王老师抽出宝贵的时间给予我指导 并给予了很多的建 议 让我知道了在做毕业设计时应多方面考虑问题 同时 在着三年日常生活和学习 中 陕航学院的各位老师以及全体同学给予我的大力支持和帮助 在此 我向他们以 及多年来为我的成长付出辛勤劳动的老师和同学表示忠心的感谢 感谢我的各位老师 感谢我的朋友 感谢陕航学院为我提供的良好学习环境 老师认真 负责的工作