毕业设计真空吸盘式气动机械手的设计

1、一绪论(1)气动传动技术的研究发展动向随着科学技术的进步，现在气压技术正向着高压、高速、大功率、高效率、高集成化的方向发展。 尽管气动传输技术简洁，但气动传输存在气动系统工作时的稳定性、工作介质泄漏、气动冲击对设备可靠性的影响等需要解决的问题，这些个问题都需要气动传输技术研究和解决。 任何技术的改革和革新，如果不以稳定可靠的工作为前提，就没有其实际意义。(2)气动传动技术的应用；包含机械加工线上的工件的卡盘和搬运、铸造线上的造型、斯坦共和国、合箱等的机器制造业。 汽车制造包括汽车自动化生产线、车身零配件的自动输送和固定、自动焊接等。电子IC和电气设备行业被用于例如硅晶片的输送、零配件的插入和焊

2、接、家电设备的组装等。石油化学工业管道输送介质的自动化流程多采用石油分馏加工、瓦斯气体加工、化学肥料生产等气动控制。轻工食品包装业包括酒类、油类、瓦斯气体罐装置、各种食品的包装等各种半自动或全自动包装生产流水线。机械人，如装配机械人、喷漆机器人、输送机械人、爬墙、点焊机器人等。此外，例如可列举车辆的刹车器装置、开门机、粒子物质的筛选、鱼雷导弹自动控制装置等。 目前，各种气动手工工具的广泛使用也是气动技术应用的一部分。(3)气压传动的特征空气传动的优点：以空气为工作介质，工作介质的获得比较容易，使用后的空气排出到大气中，处理方便，与油压传动相比，不需要设置回收罐和配管的空气的黏性系数小(工作油的

3、动力粘度的约万分之一)，其损失也小，因此集中供气远程输送容易。 外部泄漏与液压传动那样不严重污染环境的液压传动相比，气动执行元件动作快、反应快、维护简单、工作介质清洁、介质变质等问题没有的作业环境适应性好、特别容易燃烧、容易爆炸、尘埃多、强气压传动的缺点：由于空气有可压缩性，动作速度的稳定性稍差，但由于采用气液连动装置可得到良好效果的动作压力低(一般为0.31.0MPa )，另外由于结构尺寸过大会要不得，总输出力超过1040kN时会要不得。 由于噪音很大，请在高速排气时加上消音器，因为气压装置中的空气信号传输速度在音速以内比电子及光速慢，所以气压操纵系统不适用于零配件级数过多的复杂回路。(4)

4、机械人手的构成产业的机械人手由执行机构、驱动机构、控制机构三部分组成。1执行机构(1)机械手即，与工件直接接触的部分一般为旋转型或平移型(由于旋转型多、结构简单)。 手多(也有多指)根据需要也可以使用分为外抓式和内抓式两种的负压式或真空式气垫(主要是吸冷用、光滑面的零配件或薄板零配件)和电磁吸盘。 力传递机构的形式多为教学，常用的有：滑杆式、网络链接杆式、楔杆式、齿轮齿条平行网络链接式、内网络链接式、右旋螺螺母柱式、弹簧式和重力式。(2)腕部是连接手部和臂部的零配件，可用于调节被把持物的方位，扩大机械人的动作范围，使机械人更灵活，进一步增强适应性。 手腕有独立的自由度。 有旋转运动、上下摆动、

5、左右摆动。 一般而言，若对臂部再施加一个上下摆动，则能够满足工作的要求，一部分动作比较简单的专用机械人手，为了使构造简单，能够不设置臂部而利用臂部运动驱动手直接输送工件。目前应用最广泛的腕部回转运动机构是回转液压(气)缸，其结构紧凑、灵巧、回转角度小(一般小于2700 )且要求严格的密封，否则难以保证稳定的输出扭矩。 因此，在要求大的旋转角的情况下，采用齿线传动和链轮以及轮系结构。(3)腕部臂部件是机械人手的重要把持部件。 其作用是支撑手臂和手(包括工作和夹具)，进行空间运动。腕部运动的目的：把手送到空间运动范围内的任意点。 改变手的姿势(方位)，用手腕的自由度来实现。 因此，臂部一般具有三个

6、自由度，以满足基本要求，即臂的伸缩、左右旋转、升降(或俯仰)运动。手臂的各种运动通常由驱动机构(例如液压缸或液压缸)和各种传动机构实现，从手臂的受力状况来分析，承受手臂、手部和工件的静动载荷，并且自身的运动多，受力复杂。 因此，抓住结构、工作范围、灵活性、重大的小尺寸和定位精度直接影响机械人手的工作性能。(4)行驶机构有些工业用机械人手配有行走机构，正在我国的仿真阶段。驱动机构是工业机械人的重要组成部分。 根据动力源的不同，工业用机械人卡爪的驱动机构大致分为油压、气压、电动、机械驱动4种。 采用气动机构驱动机械人手，具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便、输出功率大、瓦斯气体不能压缩、压力、

7、产水量容易控制、反应灵敏、位置准确等优点。三操纵系统分类在机械人手的控制中，有少许动作控制和连续控制两种方式。 多采用基于大头针大板块的点控制，有时也采用音序器控制、微机控制、抢先版、录音带、穿孔卡等记录程序计程仪。 主要控制坐标位置，留心其加速度特性。(5)本课题设定修订的主要内容本设定修订课题被称为真空吸盘式空气机械人的设定修订，对采用柱面坐标型的运动形式、气压传动、PLC系统控制的真空吸盘式空气机械人的定径套进行设定修订。 功能原理先进，工作可靠，结构合理，安全经济，满足生产要求。性能特征：机械人卡爪的动作周期(工作平面):真空吸盘吸附工件-动臂提升-动臂回转-斗杆延长-真空吸盘放下工件

8、-斗杆收缩-动臂反转-动臂下降。主要技术参数：吸附力2kg； 自由度数是3。运动形态是作为柱面坐标的手臂伸缩行程范围0-300mm，手臂升降行程范围0-200mm； 手臂旋转行程范围0-180定位方式为定位封摇滾乐，控制方式为点式、PLC控制。 驱动方式为气压传动系统。(六)设定修订的基本思维方法、方案；分析、理解设定修订任务书的要求查阅相关资料初步制作设定修订案比较设定修订案确定最佳方案残奥仪表的设定修订运算设定修订图草图零配件设定修订零配件草图制作装配示意图制作零件图制作设定修订说明书(七)设置修订原则此次毕业设置修订的设定修订原则是，以任务书所要求的具体的设定修订要求为基本设定修订目标，

9、把机械人手的工作环境和程序的具体要求考虑到一盏茶。 在满足工艺要求的基础上，尽量简化结构，尽量采用标准化、模数化的通用元零配件，降低成本，提高云同步的可靠性。 根据符合科学经济和生产要求的设定修订原则，对云同步考虑此次设定修订是毕业设定修订的特点，并尽可能多了解高等院校期间所学的知识，如机械设定修订、机械原理、液压、气压、电气传动与控制、传感器、音序器(PLC )、电子技术、自动控制、机械系统模拟等双真空抽吸盘式空气机械人的整体设置修订(1)真空吸引盘式空气机械人设定修订的主要技术参数修订了采用柱面坐标型的运动形式、气压传动、PLC系统控制的真空吸引式空气机械人。 功能原理先进，工作可靠，结构

10、合理，安全经济，满足生产要求，主要技术参数如表2.1所示表2.1主要技术参数吸盘吸附力两公斤运动形式柱面坐标手臂伸缩行程范围0-300mm毫米手臂升降行程范围0-200mm毫米手臂旋转行程范围0-180定位方式定位封摇滾乐控制方式点式、PLC控制驱动方式气压传动系统自由度数3(二)真空抽吸盘式气动机械人工作原理分析；真空抽吸盘式空气机械人的功能原理如图2.1所示图2.1功能原理图真空吸盘的工作原理：真空的产生既可以由电机、真空泵和各种真空脱老虎钳组成的真空系统提供，也可以由压缩空气在真空发生器中产生的二次真空提供。 前者需要配置独立的真空系统，后者在一般的生产过程中可以利用现有的空气压缩系统。

11、 因此，特别是在各种包装作业中，利用二次真空法非常方便、经济。真空发生器的原理是，压缩空气通过收缩的喷嘴时，从喷嘴喷射的高速气流卷绕周围的静止流体，与此同时向前方流动，在接受室形成负压，诱导二次真空。 这种真空系统相对于不需要特别大产水量真空的情况条件显示了优越性。 用真空吸盘抓住物体，可根据物体的形状传递任意角度。 从水平和垂直两个特殊位置动态分析真空吸盘受到的力。(3)真空吸盘式气动机械的手工艺方案修订了采用柱面坐标型的运动形式、气压传动、PLC系统控制的真空吸引式空气机械人。 功能原理先进，工作可靠，结构合理，安全经济，满足生产要求。主要技术参数：吸附力2kg； 自由度数是3。运动形态是

12、作为柱面坐标的手臂伸缩行程范围0-300mm，手臂升降行程范围0-200mm； 手臂旋转行程范围0-180定位方式为定位封摇滾乐，控制方式为点式、PLC控制。 驱动方式为气压传动系统。机械人卡爪的动作周期(工作平面):真空吸盘吸附工件-动臂提升-动臂回转-斗杆伸出-真空吸盘放下工件-斗杆收缩-动臂反转-动臂下降。(4)真空吸引盘式空气机械人的设定修订(1)在真空吸引盘式空气的机械人手中，能够以工件的动作少的自由度进行。 气液联合控制和电液联合控制在系统和构造上变得复杂，因此采用气压传动方式。(2)本机械人机械手为专用机械人机械手，通过从智能控制方式中选择PLC计程仪程序控制方式，能够使机械人机

13、械手的构造更加紧凑且完美。(3)本机械人的执行机构系统为机械手机构。 机械手机构的形式虽然多种多样，但综合其整体结构，可分为气动式、电磁式和夹紧爪式3种。 根据本复合工作母机加工的工件特征，选择吸气式(真空吸引盘式)机械手结构。(4)常见的工业用机械人手部根据手臂的动作形态，坐标形式大致可分为以下4种：垂直角坐标型机械人手部、柱面坐标型机械人手部、球坐标(极坐标)型机械人手部、多关节型机械人手部。 其中柱面坐标型机械人结构简单紧凑，定位精度高，占地面积小。 并根据该机械人坐标形式对该机械手臂的运动形式及其组合情况进行分析，采用柱面坐标形式。 因此，机械人机械手决定采用气动传动方式、PLC控制、

14、真空吸盘式机械手结构、柱面坐标形式。三真空设备的设定修订和残奥仪表修订算(1)真空吸盘吸附工件的动力学分析在产品外包装、物体搬运、机械组装等自动作业线上，使用真空吸盘抓住物体的情况正在增加。 柔软且有弹性的吸盘能够容易地实现工件的吸附、脱离、传递等输送功能，不会损害其作用对象。 同时，吸附力可由真空系统维持，真空的产生可由包括马达、真空泵和各种真空淀积老虎钳的真空系统提供，也可由由微型喷射器产生的二次真空来提供。 前者需要配置单动力的真空系统，后者在一般的生产过程中可以利用现有的空气压缩系统。 因此，特别是在各种包装作业中，利用二次真空法非常方便、经济。 根据真空发生器的原理，当压缩空气被收缩

15、的喷雾器吹起时，从喷嘴喷射出来的高速气流卷绕周围的静止流体并与其一起向前方流动，在接受室中形成负压，诱导二次真空。 这种真空系统相对于不需要特别大产水量真空的情况条件显示了优越性。 真空发生器的构造和残奥定仪表设定修正，可以根据需要的真空度设定修正需要的真空发生器。 用真空吸盘抓住物体，可以根据物体的形状传递任意角度。在此次的设定修订中，工件是平坦的，从水平方向动态分析真空吸盘的受力分析。 图3.1表示将真空吸盘用于水平位置动作时的安装方位。 图3.1在水平安装吸盘的情况下，除了吸附工件的负荷以外，还应该考虑吸盘移动时工件的惯性力对吸引力的影响。图3.1真空吸盘的安装位置(2)真空吸盘的选择为

16、了使真空吸盘能够执行规定的任务，必须考虑一定的安全系数，从理论和实践经验来看，真空吸盘的安全系数n通常取2.5，所以允许提升重量=理论提升重量/N=垂直提升力/N表3.1吸盘直径面积垂直提升力残奥表吸盘垂直提升力(n )吸盘直径d (毫米)1013162025324050吸附面积(厘米)0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盘垂直提升力(N)(-0.04MPa )3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4从上表可知，在工件重量为2kg的情况下，容许升降重量为19.6N，为了要求安全系数，满脚丫子即可(3.1)即，从表3.1中选择吸盘直径

17、为40mm，能够满脚丫子请考虑吸附物的可吸附尺寸(面)，设定为大于必要的吸附垫直径(d )。 由于吸附时吸附垫变形，因此吸附垫的外径增加10%左右。真空压力使吸盘变形，因此吸附面积小于吸盘的直径。 变形度根据吸盘的材质、形状、橡胶的硬度而不同，因此，计算吸盘直径时需要保留适量。 安全系数包括变形部分。吸盘直径表示吸盘的外径，在真空压力下吸附物体时，由于真空压力，橡胶变形，吸附面积也缩小。 缩小的面积称为有效吸附面积，此时的吸附垫直径称为有效吸附垫直径。根据真空压力的不同，吸盘橡胶的厚度和与吸附物的摩擦系数等的不同，有效吸盘直径也不同，一般预计缩小10%。综上所述，所选择的吸盘残奥定仪为吸盘直径D=40mm、吸盘吸附面积A=12.6、吸盘个数n=1、真空压力P=0.04M