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机械设计 毕业 气动机器人 机械手 液压 自动化

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1目录摘要.3ABSTRACT.4第一章序言.51.1工业机械手概述.51.2气动机械手的设计要求和过程的论述.61.2.1课题的设计要求和过程.61.3机械手的系统工作原理及各个部件的组成.7第二章机械手的整体设计方案.102.1机械手的坐标型式设计和自由度的选择.112.2机械手的手部结构方案设计.122.3机械手的手腕结构方案设计.122.4.机械手的手臂结构方案设计.122.5机械手的驱动方案设计.132.6机械手的控制方案设计.132.7机械手的主要技术参数.13第三章手部结构设计.163.1夹持类手部结构.163.1.1手指的形状和分类.163.1.2设计时应考虑的问题.1623.1.3手部夹紧气缸的设计.17第四章手腕结构设计.214.1手腕的自由度.214.2手腕的驱动力矩的计算.214.2.1手腕转动时所需的驱动力矩.214.2.2回转气缸的驱动力矩计算.234.2.3手腕回转缸的尺寸及其校核.24第五章手臂运动与气缸的尺寸设计与校核.275.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核.275.1.1手臂伸缩气缸的尺寸设计.275.1.2尺寸的检验.275.1.3导向装置的选择.285.1.4平衡装置的选择.285.2手臂升降气缸的尺寸设计与校核.285.2.1尺寸设计.285.2.2尺寸校核.285.3手臂回转气缸的尺寸设计与校核.295.3.1气缸尺寸计算.295.3.2气缸尺寸检验.29第六章气动系统的设计.316.1气压传动系统工作原理图.31第七章机械手可编程序控制器系统的设计.3337.1可编程序控制器的选用及工作过程.337.1.1可编程序控制器的选择.337.1.2可编程序控制器的工作流程.337.2可编程序控制器的使用过程.337.3机械手可编程序控制器控制方案.347.3.1控制系统的工作原理.347.3.2气动机械手的工作流程.357.3.3I/0分配.367.3.4绘制控制梯形图.37总结.41致谢.42参考文献.434摘要随着电子工业科技的高速发展，人们已不能跟上现在的生产要求和符合，急需一种机器既能满足保证生产要又能减轻工人的劳动量，机器人就在这种情况下诞生了。工业机器人人们延伸出一种专门用于装夹或传输用的机械手。本课题则重点讲述和设计了应用于这一类的机械手。机械手是以压缩空气为气源，将气压能转换为机械能并传递给执行机构实现机械手的运动机构。设计驱动系统装置采用的是气压传动装置，最终的运动控制装置选择可编程序控制器（PLC）。本文按照机械结构、驱动装置和控制装置对机械手进行整体设计方案的分析与选择，确定机械手应采用的较为合理的坐标型式和完成运动所需要的自由度数目，计算出手臂的最大伸缩及回转运动的参数、手爪所能承受的最大载重力、立柱的升降长度等技术参数、重要指标，并对回转气缸进行选择和有关参数的计算如驱动力等，在保证机械手能最大发挥其通用性的同时，更要使机械手的强度、刚度合乎生产工厂的要求。设计出了机械手采用的驱动装置-气压传动系统，并绘制出机械手气压系统工作原理图。最后选取合适的可编程序控制器（PLC）型号，根据机械手的动作顺序制定出PLC的控制方案，画出梯形图，并绘制出PLC的控制流程。关键词：工业机械手气压传动技术可编程序控制器（PLC）5ABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,peoplehavebeenunabletokeepupwithtodaysproductionrequirementsandmeeturgentlyamachinecanmeettheproductionandreducethelaboroftheworkers,therobotinthiscasewasborn.IndustrialrobotsextendadesignedclamportransferManipulator.Thistopicfocusesonthedesignandapplicationoftheroboticarminthiscategory.Manipulatoristocompresstheairtoair,airpressurecanbeconvertedtomechanicalenergyandpassedtotheexecutingagenciesachievethemanipulatormotion.Designofdrivesystemusedapneumaticactuator,theultimatemotioncontroldeviceselecttheprogrammablelogiccontroller(PLC).Paperaccordingtomechanicalstructure,anddrivedeviceandcontroldeviceonmanipulatorforoveralldesignprogrammeofanalysisandselect,determinemanipulatorshouldusedofmorereasonableofcoordinatestypetypeandcompletedmovementbyneedoffreedomnumber,calculationoutarmofmaximumtelescopicandtherotarymovementofparameter,andhandclawbycanbearofmaximumloadforce,andcolumnofliftinglength,technologyparameter,andimportantindex,andonRotarycylinderforselectandaboutparameterofcalculationasdrivepower,inguaranteemanipulatorcanmaximumplayitsversatilityofwhile,Tomaketheproductionfactoryofmechanicalstrength,stiffnessisrequired.Designedwithdriveunits-pneumaticdrivingsystemofamanipulatorandmanipulatorpneumaticsystemschematicdiagramisdrawn.Finallyselecttheappropriatesetofprogrammablelogiccontroller(PLC)model,accordingtotherobotsactionsequencesetthePLCcontrolscheme,drawaladderdiagram,andmappedbyPLCcontrolprocedure.Keywords:IndustrialmanipulatorPneumatictransmissiontechnologyprogrammablelogiccontroller（PLC）6第一章序言1.1工业机械手概述工业机器人是能够自动和多轴联动功能的柔性化生产设备，它由四大部分组成及本体部分、控制部分、驱动装置部分、检测反馈部分，具备广泛的适用性。它们配备有传感器,可以灵活的地在三维工作空间中运动,是可以编程控制的，并且在其整个的工作过程中无需任何人工的干涉。它们一般配备有多手指、刀具或装配的生产工具等样式的机械手，以便执行装配、焊接以及其他的加工制造任务。工业机器人是机电一体化技术的最高成就，是智能装备技术的代表。其使用状况，也是一个国家工业自动化程度的标识。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑，它能够替代人进行高危、有毒、有害等极端环境中的工作，在解放劳动生产力的同时仍能有效的完成生产任务。因而，在自动装备生产线、冲压、传输等多个生产领域中得到较为广泛的运用已逐步取代了人工手动操作。机械手开始的构造设计较简单，公用性不强，只能做为附属于该机床的专用机械手，仅用于解决机床的上下料。随着工业科技的进步，以能快速改变工业程序，使用范围广且适用性强的通用机械手在中小批量生产中获得普遍的使用。气压传动机械手是以压缩空气为气源，将气压能转换为机械能并传递给执行机构实现机械手的运动。其主要特性是:以空气为介质成本小，气动运动可靠性能强，反应迅捷,结构简单维护方便，泄漏时污染几乎为零。由于空气具有不稳定性等缺点，因此作为驱动能源使用时，会使机械手不能保持平稳的速度运行，出现较大的波动。气动技术的应用特点:(1)工作介质的获取和废弃物的处理相对简单。气压传动的气源压力较低，工作介质即为空气获取容易且经济，用后的空气经过滤后排入大气，处理方便，无需特殊化处理。(2)流动阻力损失和泄漏污染小，由于空气的密度小因此集中供应和远距离传输送远远优于其他的工作介质。即使发生液体泄漏也造成环境的严重污染，7节能环保得到了良好的体现。(3)与液压传动比较，气压传动运动平稳迅速、反应灵敏、工作介质即为空气，无变质的问题。(4)能量可储存。可储存大量能量，而且是比较经济的存储方式。因此，发生断电、液压不足等突发状况时，其工艺流程依然能短时间内正常运作。(5)工作环境适应能力强。能在在易燃、冲击载荷大、多尘埃等恶劣环境下正常运作，可靠性能极强。(6)成本廉价,过载能自动保护，便于自动控制。1.2气动机械手的设计要求和过程的论述1.2.1课题的设计要求和过程本课题计划完成以下的设计任务和设计过程:(1)该机械手拟设计成通用机械手，因为通用机械手专用机械手而言，使用范围更广。(2)确定出机械手的坐标型和自由度。(3)设计机械手的各个执行元件，包括:立柱、腕部和末端执行器等部件的设计。由于手部通常为专用装置，通用性较差。为了增强其通用性，手部设计成可换结构，可按工业需求在夹持类手部和吸附式手部进行转换。(4)气压传动系统的设计及其类型的设计先选用合适的气压缸类型，再进行气压缸尺寸、刚度、强度的计算与舍近，其次进行各个元器件如气源装置、控制元件、执行元件元器、辅助元件等的选用，最后根据机械手的工作原理与被夹持对象的尺寸与要求，设计出合理、经济的气动回路，并绘制出原理图(5)机械手控制系统的选择8广泛使用的工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和机械挡块定位系统构，通过分析比较计划采用可编程序控制器(PLC)对机械手动作和行走路径进行编程控制更为，因此本小节主要对PLC的选用、程序的编制及梯形图的绘制做出了详细的介绍。广泛使用的工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和机械挡块定位系统构。1.3机械手的系统工作原理及各个部件的组成该机械手的系统工作原理图（见图1-1）。9图1-1机械手的系统工作原理图机械手主要由执行元件（手部、腕部、臂部、立柱）进行能动作，控制元件保证执行元件动作的正确程度，驱动元件提供动力，检测元件将各种动作及位置等信息反馈给操作者的机械装置。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动的工作的方式，对机械手工作过程中的动作顺序、应到达的位置和在该位置时的状态、路径轨迹的选择、动作时间间隔进行编程控制。同时实时监控机械手末端执行器的作业，以保证高速、高效。还要采取多种控制方式如手动控制以应对突发情况下通过人机交互选择后，仍能保持正常的运行和工作。位置传感装置检测机械手的运动及工作情况并进行实时反馈，控制系统接受反馈后，与原定信息进行分析比较，对执行机构加以调整，保证机械手的动作符合先前设定的要求，机械手的工作精度得到了飞速提升。(一)执行机构机械手通常由以下四个部分组成：1、手部即末端执行器，它装在机器人腕部上，是直接进行工件的抓取或进行作业的独立部分，可分为夹持式和吸附式。夹持式手部由手指、驱动装置和传动机构组成，由于其简单的构造，较小制造工艺流程，故广泛的在各种类型的机器人中得到应用。手爪实现工件的夹紧和松开，则主要是依靠传动机构通过手指传递动力的。2、腕部机械手末端执行器和小臂之间的连接部件，用于调整和改变机械手爪与被抓取工件之间的位置，具有独驱自转的功能。103、臂部手臂是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并带动它们在空间中运动。工业机械手的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、自传等运动有关的构件并与气动相配合，以实现手臂的各种运动。4、立柱立柱是一种机械手常见的运动配置形式。可安装于机床附近的空地上，也可以固定于机床床身上，结构简单，主要服务于上下料和转运工作。工业机器人机械本体是指机座和执行机构，一般有手部、腕部和臀部构成，有的为满足现代工业要求增设设计了行走机构。控制系统按编写好的程序对驱动系统和各个执行元件发出指令，控制执行。驱动系统包含动力装置和传动机构，主要作用是为使执行机构提供动力并使其产生事先预定的动作。(二)驱动系统驱动装置包含动力装置、传动机构和辅助装置，常使用的的驱动装置有步进电动机和液压、气压等驱动装置。它作用于各种动力元件，驱动机械手到达指定位置并进行相应的动作。(三)控制系统控制系统主要对机械手工作过程中的动作顺序、应到达的位置和在该位置时的状态、路径轨迹的选择以及动作时间间隔进行编程控制。本课题机械手采用的是PLC程序控制系统，实时监控机械手末端执行器的动作以保证作业的高精度、高效率，还要采取多种控制方式如手动控制以应对突发情况下通过人机交互选择后，仍能保持正常的运行和工作。(四)位置传感装置位置传感是机械手最基本的感觉要求，通过多种传感器实现。控制系统接收反馈信息，与原定信息进行分析比较后，从新对执行机构进行动作路径规划，以保证机械手按照人工设定的流程进行动作，大大提高了机械手的工作精度。1112第二章机械手的整体设计方案气动机械手是在人工劳动强度大，劳动繁琐乏味，工作效率低的背景下研制出的，这就促使它们必须具有有较高的的工作精度要求，更快的反应速度，更强的抗冲击载荷承受能力及足够空间自由度，。设计气动机械手的一般过程是:(1)充分考虑被夹持对象的技术要求。(2)明确工件形状、尺寸和材料。(3)尽量选用国家标准（GB）部件，简化设计制造过程。本任务是多用途气动上下料机械手的结构设计（见图2-1），是一种适合于大批量生产并可改变动作流程自动化操作设备。13图2-1机械手的整体结构图2.1机械手的坐标型式设计和自由度的选择机械手可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节式，划分的主要依据是手臂的运动形式。机械手在上下料时手臂要求具有三个自由度即要求可进行升降、收缩及回转运动，通过对以上四种坐标型式的分析，决定采用圆柱坐标型的运动形式。下图中有一个手臂上下摆动的自由，其作用是增大升降运动，满足生产要求。（如图2-2所示）14图2-2机械手的运动示意图2.2机械手的手部结构方案设计为使设计的机械手应用更为广泛，其手部的结构尤为重要，选择可换结构能满足这一要求。2.3机械手的手腕结构方案设计由以上对手臂的分析知，当工件形状为回转体时，使用夹持类手部;当工件是板料或工件面积较大时，使用吸附类手部。又因我们设计的机械手多用于对被夹持对象的形状是圆柱体，由此得，手腕设计成回转结构更符合设计要求，选用回转气缸作为手腕回转运动储存动力的部件。2.4.机械手的手臂结构方案设计手臂是机械手的主要执行部件，主要进行伸缩、平面回转和俯仰运动控制手爪抓取工件。立柱实现手臂的回转和升降运动，即手臂跟随立柱的动作而动作且15两者动作保持一致。2.5机械手的驱动方案设计因为气压传动系统反应快，工作介质获取容易，储存方便，安全可靠，传输过程中阻力损失小，广泛应用于中、小负荷机器人，因此本机械手采用气动系统驱动。2.6机械手的控制方案设计采用点位控制方法的同时，在保证机械手的通用性不被减弱的情况下，可编程序控制器(PLC)对机械手的动作进行控制更有利于人工的操作。其优点是即使改变机械手的工作条件、对机械手做出新的定义，只需改变PLC程序即可对机械手的动作做出新规划，期优越性远远大于采用机械原理控制的机械手。2.7机械手的主要技术参数一.最大抓重是机械手的主要参数。此机械手设计抓取的工件质量为10公斤。其主要原因是气动系统的气源动不稳定，抓取对象的质量过大，会导致机械手因负荷过大而无法工作或振动加剧，机械手磨损加快。二.机械手的基本参数是运动速度，而臂部伸缩及回转的速度是影响机械手动作快慢的主要因素。该机械手设计的最大移动速度为，最大回转速度为sm/2.0，平均移动速度为，平均回转速度为。除运动速度外，伸缩s/90sm/8.06行程和工作半径也是手臂设计的基本参数。考虑到过大的伸缩行程和工作半径，会增大偏重力矩而降低刚性，因适宜宜采用自动传送装置。通过数据的分析和对比，机械手手臂的伸缩行程定为,升降行程定为，最大工作半径为m60m120，定位精度为。（见图2-3）m1380.516图2-3机械手的工作范围三.用途:17该机械手设计为多用途气动上下料机械手，主要主责工件的夹持、传送、和落下工作。四列出重要的参数指标:1、座标型式圆柱坐标2、控制方式点位程序控制3、驱动类型气压传动4、定位方式行程开关5、自由度数4个自由度6、抓重量kg107、最大工作半径m388、手臂最大中心高019、定位精度.510、手指夹持范围棒料:m10811、手腕运动参数回转范围回转速度s/912、手臂运动参数伸缩行程m120伸缩速度s/35升降行程m120升降速度s/18回转范围180回转速度s/919第三章手部结构设计3.1夹持类手部结构3.1.1手指的形状和分类机械手中夹持式是机械手最为常见的一种手部结构，一般普通机器人的手部以两根手指为多数，少数有三个火多个手指。它们的结构按仿人手的运动形式又可分为回转型和直进型。回转型手指机械构造简易，易于制造成本低廉且开闭角较小，得到广泛运用到机械手中。直进型结构相比较前者复杂，其优点在于夹持的零件直径的变化不受轴心位置的影响，适用于零件直径变化较大的工件。3.1.2设计时应考虑的问题(一)具有足够的夹紧力为保证工件不会因自身的重力和传送、生产过程中的振动力而松动或脱落，应当对夹紧力进行严格的计算和验算，确保手爪对工件有足够的夹紧力，以防意外事故的发生。(二)手指间开闭角的要求两开闭角是指机械手张开-闭合两者之间的最大夹角。手指的开闭角的设定应合乎机械手能够顺利抓取和放下工件的要求，若所对夹持对象尺寸差距较大，则应当先保证最大尺寸的工件能被抓取。(三)保证工件准确定位为使机械手能在精确的位置，以正确的姿势的抓取工件，必须根据被抓取工件的参数，计算出相应的手指形状和尺寸，以便对工件进行定位。(四)具有足够的强度和刚度20手爪在设计的时候要具有足够的强度和刚度，为防止手爪在抓取工件的同时因承受不住与工件之间的作用力和动作时的振动力，而发生防断裂或弯曲变形等物理变形。(五)考虑被抓取对象的要求为解决以上所考虑的问题以及对工件夹持要求，设计出满足使用性能的机械手，采用一支点，两指回转型的手部结构更为合理。由于夹持工件形状多圆柱形，故采用V型指。3.1.3手部夹紧气缸的设计1、手部驱动力的计算本课题气动机械手的手部结构如下（见图3-1）：21图3-1齿轮齿条式手部夹持对象重量为G=10公斤，V形手指的闭合角，,摩擦系数为120mRb2410.f(1)由图3-1，算得驱动力为:Rbp2N(2)通过手指与夹持工件之间相互作用力，可得夹紧力计算公式:)(5.0tg)(2)42560.Nt所以：Rbp)(245(3)实际驱动力:21Kp实际1、因为传动装置为齿轮齿条传动，故取，并取。若工件的94.05.1K最大抓取加速度取时，则:ga312gaK所以)(5694.0125Np实际因此夹持工件时气缸提供的的驱动力为。15632、气缸的直径计算22经过周全的分析和比较决定采用单作用薄膜式气缸作为储气缸。根据力平衡原理得:ztFPDF421式中:-活塞杆的推力，N1-气压缸工作的压力，PaP-弹簧反弹力，NtF-气缸工作时的总阻力，Nz弹簧反作用按下式计算:)1(sGFftnDdf314Gf=G3148式中:-弹簧刚度，N/mf-弹簧预压缩量，m1-活塞行程，ms-弹簧丝的直径，m1d-弹簧平均直径。D-弹簧有效圈数。n-弹簧材料剪切模量，一般取GPaG9104.7在设计过程中，由于负载率的影响，则:23tFpD421由以上解得单作用薄膜式气缸的直径为:pt)(41代入有关数据，可得：fGnDd314843915)0(.7/46.mN)1(sFft)(6.204373N所以:DpnFt)16105.).249()(23.65m查寻有关手册，得m65由,可得活塞杆直径:3.02/DdmDd5.193).02(圆整后，取活塞杆直径校核，按公式d18)4/(21dF有:5.0)/14(F其中，MPa2NF701则:5.0)/9(d18.224经检验满足实际生产要求，该气压缸可为机械手动作时提供足够的气压能。3、缸筒壁厚度的设计由于缸筒直接承受压缩空气时的压力和压缩空气本身的压力，因此要具有足够的厚度和强度以防气缸发生意外而爆裂。一般设计气缸内径为缸筒壁厚的10倍，根据壁厚的计算公式:2/pDP式中:-气缸筒壁的厚度，mm-气缸的内径，mm-实验中的压力，取,PapPPp5.1材料为:ZL3,=3MPa将得出的数据带入公式中得壁厚为:2/pDP)(5.6)103/(65m取，则缸筒外径为:.7)(8025.761mD25第四章手腕结构设计4.1手腕的自由度腕部是机械手末端执行器和小臂之间的连接部件，其目的是利用自由度确定手部的空间运动姿态，从而确定动作方向。手腕实际所需要的自由度数目应根据实际使用的工作要求和机械手的工作性能来确定。被抓取的对象的放置为水平方向，为使机械手的通用性得到更好的展现，因此我们假设一条X轴并让手腕绕该轴转动转动以实现手腕回转运动。回转气缸以紧凑的结构，良好的密封性能及其较强的综合性能，得到广泛的运用，因此我们选用回转气缸。4.2手腕的驱动力矩的计算4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩由于万有引力,机械手腕做功时，所需要的驱动力必须大于自身的重力与扭矩，除此之外，还要克服与各个元件之间的摩擦力。具体腕部受力图如下（见图4-1）：261.工件2.手部3.腕部图4-1手碗回转运动时受力图腕部回转驱动力矩的计算:封摩偏惯驱MM式中:-手腕转动的驱动力矩();驱cmN-惯性力矩();惯cmN-转动的零部件质量对转动轴线所产生的偏重力矩().偏cmN-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(封M);cmN27下面以图4-1所示的腕部受力情况，进行各阻力矩的计算:1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M若手腕启动过程是匀加速运动，手腕转动时的角速度为，启动时间为，t则:).(1cmNtJ）（惯式中:-手腕转动部件对其转动轴线的转动惯量;).(2scmN-工件对手腕转动轴线的转动惯量。1J).(2sc若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为:1JgGJc112e式中:-工件对过重心轴线的转动惯量:c).(2scmN-工件的重量(N);1G-工件的重心到转动轴线的偏心距(cm),1e-腕部转动的角速度(弧度/s);起动转过的角度(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+()偏1eG3cmN式中:-手腕转动件的重量(N);3工件重心与腕部绕其转动转动的X轴线重合时，则.1eG03、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩封M28()封M)(21dRfBAcmN式中:，-转动轴的轴颈直径(cm);1d-摩擦系数，滚动轴承，滑动轴承;f01.f1.0f,-处的支承反力N，按手腕转动轴的受力分析求解，ARB根据,得:0）（FM3lGBl12Rl31同理，根据(F),得:BM0llGlGRA)()()(321式中:-的重量(N)2,为长度尺寸（cm）（见图4-1）31,l4.2.2回转气缸的驱动力矩计算如图为单叶片气缸工作原理（见图4-2），定片1与缸体2，动片3与回转轴5两两固定相连，动片封圈4把气腔分两个腔室。压缩气体从b孔进入开始压缩的同时对输出轴4产生作用力，输出轴4在压缩气体的作用下作顺时针方向回转的回转运动。由于输出轴4的运动，使其与孔a之间的气体沿着a孔被放出。反之，输出轴4作逆时针方向旋转，气体沿着b孔被放出。其压力P与驱动力矩M的关系如下:或)(2rRbp2)(rRpb29图4-2原理图4.2.3手腕回转缸的尺寸及其校核1.尺寸设计气缸运行角速度=，加速度时间=0.1s,压强。其余s/90tMPa4.0尺寸设计为长度,内径=96mm,半径,轴径半径mb11DmR48mD26,则力矩：R132)(rRpbM).(632)026.48.(104.6mN2.尺寸检验（1）与腕部做回转运动的部件的质量为。通过分析部件的质量分kgm1030布情况，得出质量密度均匀的分布在一个半径的圆形端面上，那么转动mr50惯量为：21rmJ05.（）12.2.mkg工件的质量为10,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量：ml10).(8401222mkgmlJc当长的棒料中心与转动轴线不重合时，最大偏心距为，l10me501其转动惯量为:).(0167.5422mkgeJc惯MtJ)(1).(3261.09705mN（2）当手腕回转件重心与转动轴线一致时，夹持工件一端时因工件自重01e31而使重心偏离转动轴线则,得：me503+偏M1eG3).(5205.0mN（3）设腕部回转轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，为腕部回转轴的摩M1d2轴颈直径，,为轴颈处的反支承力，d01md20ARB,已知滚动轴承，滑动轴承，则NRAB50.f.0f摩M)(21dRfA03.5.031.).(5mN4由于回转缸的密封装置摩擦阻力矩M，和选择的密封衬套装置的类型有着紧密的联系，因此具体的情况要根据实际生产要求为主并来加以分析。暂且先估算为的3倍，封摩3封摩05.)(1mN封摩偏惯驱MM15.0.236)(9mN32M驱得出此设计安全合理。第五章手臂运动与气缸的尺寸设计与校核5.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核5.1.1手臂伸缩气缸的尺寸设计经分析各种型号气缸的结构特点以及尺寸参数并结合本设计的实际要求，决定采用内径初定为100/63的CTA型气缸，作为手臂的伸缩气缸。5.1.2尺寸的检验1.检验尺寸时，只需检验内径为,半径值为的气缸是mD631mR31.5否能够性能、保障人身安全,设计使用压强约为,MPa4.0则计算驱动力为：2RPF)(1460315.02N332腕部质量为,设计加速度，则惯性力：kg50m)/(10smaaF1)(50N3.实际运动中活塞的摩擦力，设定摩擦系数,mF2.0k1.kFm)(052.N总受力mF10)(65NF0因此选用的气缸合理。5.1.3导向装置的选择机械手臂进行伸缩时，为避免手臂绕轴线转动和活塞杆承因受到弯曲力矩的作用而发生变形，保证手指的定位准确。所以在设计手臂结构的过程中，除了增加手臂的强度和硬度的同时，还需进一步使用导向装置。在本次设计中采用单导向杆的目的是为了增强手臂的硬度和导向性。5.1.4平衡装置的选择在设计过程中，为保证臂部两端尽可能接近平衡，使手臂的两端能尽可能的受力相等，因此在臂部伸缩气缸的一侧安装了平衡装置。345.2手臂升降气缸的尺寸设计与校核5.2.1尺寸设计拟定气缸的各个参数为长度,内径,半径,ml201mD10mR5加速度时间=0.1s,压强,计算驱动力为：tMPa4.20.RpG2605.143)(79N5.2.2尺寸校核1臂部质量为50kg,得重力：mgG)(051N2设加速度为，得惯性：/samG1)(025N3.考虑到活塞的摩擦力等问题，可以设定摩擦系数为，1.0k1.Gkm)(40.N总受力mqG135)(7520N0Gq所以设计尺寸满足实际生产要求。5.3手臂回转气缸的尺寸设计与校核5.3.1气缸尺寸计算设计气缸各参数为长度,内径为,半径,轴mb120mD210mR105径，运行角速度=，加速度时间0.5s,压强,mD402s/9tMPa4.则力矩：2)(rRpM).(25)02.15.(04.6mN5.3.2气缸尺寸检验1手臂回转元件的质量为,在一个半径的圆形端面上kg120mr20质量密度均匀，则转动惯量为：21rmJ0.2（）6.2.mkgtJM.惯36).(108596mN由于实际中轴承与油封之间存在摩擦力，因此设定该摩擦系数,2.0k惯摩Mk.）（mN.451082所以得出总驱动力矩为：摩惯驱M）（mN.413508驱设计尺寸满足使用要求。37第六章气动系统的设计6.1气压传动系统工作原理图气压传动的定义:以压缩空气作为工作源，在空气压缩机中进行压缩，然后通过快换接头从而进入储气罐，再经过分水过滤器，干燥器等工作部件，流入到各并联气路上的电磁阀，经过控制元件与辅助元件的作用下，最终将空气的压力能转化为机械能，进而能够完成直线或回转运动。具体系统工作原理图如下：（见图6-1）38图6-139表6-1气路元件表按照功能作用可将气动系统分分别为气源、管道处理、驱动及控制四个部分。气源部分是产生气动系统需要的清洁压缩空气的设备。管道处理部分完成设备及压缩气体的过滤、减压及增加油雾以供润滑等功能。驱动部分，作为气动系统的核心部分，实现执行机构的操作。控制部分完成系统的逻辑功能及信号的检测、输入及输出。40第七章机械手可编程序控制器系统的设计7.1可编程序控制器的选用及工作过程7.1.1可编程序控制器的选择现代市场上，有许多公司生产的编程序控制器，比较知名的有日本三菱公司的F系列PC,系列PC等。通过对机械手的输入输出点的数量的分析以及操作的复杂程度我们可以选择德国西门子公司的S7-200型可编程序控制器。7.1.2可编程序控制器的工作流程可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，采用可编程的储存器进行逻辑运算、顺序控制用户程序来完成各种不同控制任务的。采用独特的周期性循环扫描的工作方式。每一个扫描周期有五个阶段:(1)读输入：PLC的CPU将每个输入端口的状态复制到输入继电器中。(2)执行程序：CPU逐条按顺序扫描用户程序，同时逻辑运算和处理，将最终运算结果存入输出数据映像寄存器中，。(3)处理通信请求：CPU执行PLC与其他外部设备之间的通信任务。(4)执行CPU自诊断：CPU自动检查PLC各工作部分是否正常运行。(5)写输出：CPU将存入输出继电器存储器中储存的数据传输到输出继电器中，使机械手按程序顺序依次进行动作。7.2可编程序控制器的使用过程可编程序控制器一般满足以下六个条件，采用对机械手进行控制:(1)系统设