機械電子工程畢業(yè)論文-機械手氣動系統設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　機械手氣動系統設計</b></p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工

2、作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 機械手氣壓系統設計

3、 </p><p><b>　　1．課題意義及目標</b></p><p>　　氣動機械手是集機械、電氣、氣動和控制于一體的典型機電一體化產品。近年來，機械手在自動化領域中，特別是在有毒、放射、易燃、易爆等惡劣環(huán)境內與電動和液壓驅動的機械手相比，顯示出其獨特的優(yōu)越性，

4、得到了越來越廣泛的應用。本次畢業(yè)設計要求學生深入了解機械手氣壓系統的組成和工作原理，綜合運用所學的基礎理論知識和專業(yè)知識完成機械手氣動回路設計、氣動程序系統設計等內容，為畢業(yè)后從事機械方面工作打好基礎。</p><p><b>　　2．主要任務</b></p><p>　?。?）設計機械手工作原理圖</p><p>　?。?）氣動元件的設計與選

5、擇</p><p>　?。?）氣動程序的設計</p><p>　?。?）氣動回路的設計</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1] 章宏甲.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[2] 鄭家林.輕工業(yè)氣壓傳動[M].北京：

6、輕工業(yè)出版社，1989.</p><p>　　[3] 路甬祥.液壓氣動技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日</p><p><b>　　機械手氣動系統設計&l

7、t;/b></p><p>　　摘要：氣動機械手是集機械、電氣、氣動和控制于一體的典型機電一體化產品。近年來，機械手在自動化領域中，特別是在有毒、放射、易燃、易爆等惡劣環(huán)境內與電動和液壓驅動的機械手相比，顯示出獨特的優(yōu)越性，得到了越來越廣應</p><p>　　用。本設計針對搬運機械手，設計其氣動系統并設計相應的控制系統，氣動系統包括氣源設備，氣源處理元件，潤滑元件，各類傳感器，方向

8、控制閥，流量控制閥，氣動執(zhí)行元件，其他輔助元件；控制系統用的是PLC（可編程控制器），通過編輯合適的程序，驅動機械手按照設定好的程序運轉。</p><p>　　關鍵詞：氣動系統，機械手，PLC</p><p>　　The Design of Pneumatic System of Manipulator</p><p>　　Abstract：Pneumatic ro

9、bot is one of the typical products what includes mechanical, electrical,pneumatic,radioacitivity and control.In recent years, the robots,in the field of automation,show a unique advantage which are compared with electric

10、 and hydraulic manipulator,having been widely applied,especially in poisonous,radioactive, flammable,explosive and other harsh environments.It is designed for conveying manipulator.We designe its pneumatic system and the

11、 control system. Pneumatic system consi</p><p>　　Keywords: pneumatic system, manipulator，PLC</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　

12、1.1 氣動技術的發(fā)展1</p><p>　　1.2 氣動機械手的應用和發(fā)展前景1</p><p>　　1.3 氣動機械手的組成和分類2</p><p>　　1.3.1 氣動機械手的組成2</p><p>　　1.3.2 氣動機械手的分類3</p><p>　　1.4 氣動系統的組成4</p>

13、<p>　　1.5 課題的提出及主要任務5</p><p>　　1.5.1 課題的提出5</p><p>　　1.5.2 課題的主要任務6</p><p>　　2 機械手總體設計方案7</p><p>　　2.1 機械手的技術參數列表7</p><p>　　2.2 機械手基本形式的選擇7<

14、/p><p>　　2.3 機械手的主要部件及運動8</p><p>　　3 氣動機械手的氣動系統設計9</p><p>　　3.1 搬運機械手氣爪的選擇9</p><p>　　3.1.1 末端執(zhí)行器概述9</p><p>　　3.1.2 末端執(zhí)行器的運動和驅動方式9</p><p>　　3

15、.1.3 末端執(zhí)行器的設計計算10</p><p>　　3.2 機械手手臂的設計計算13</p><p>　　3.2.1 機械手手臂的具體設計方案13</p><p>　　3.2.2 升降手臂的設計13</p><p>　　3.2.3 伸縮手臂的設計15</p><p>　　3.2.4 回轉臂設計18&l

16、t;/p><p>　　3.3 氣動傳動系統工作原理圖20</p><p>　　3.4 其他氣動元件的選擇20</p><p>　　4 機械手控制系統及氣動回路的設計25</p><p>　　4.1 基于PLC的控制系統及回路設計25</p><p>　　4.1.1 PLC簡介25</p><p

17、>　　4.1.2 PLC的結構、種類25</p><p>　　4.1.3 PLC輸入輸出地址分配27</p><p>　　4.1.4 回路設計29</p><p>　　4.1.5 PLC程序設計30</p><p><b>　　5 結論34</b></p><p><b

18、>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 氣動技術的發(fā)展</p><p>　　科學家利用空氣的能量完成各種活動從遠古就開始了，但是這都不是真正的氣動技術，真正的氣動技術氣源

19、于17世紀，那時候人們發(fā)明了一個能夠產生一個大氣壓的氣動裝置，大概到了19世紀，人們做出了剎車裝置，并且用到了車輛的制動上，到了20世紀，隨著工業(yè)的發(fā)展，人們才將其應用于工業(yè)的各個方面，并由此帶動了各個領域的發(fā)展。</p><p><b>　　1.汽車制造行業(yè)</b></p><p>　　不管是是汽車制造業(yè)還是其他的自動化產業(yè)都應用了現代的氣動技術。如：車身在每個工序

20、的移動；點焊機焊頭的快速接近，都采用了各種功能的氣缸。</p><p>　　2. 電子，半導體制造行業(yè)</p><p>　　在彩電，冰箱等家用電器產品的裝配線上，在半導體芯片，印制電路等各種電子產品的裝配流水線上，我們可以看到各種各式的氣爪和真空吸盤，這些吸盤用來吸一些體積大，但是重量輕，氣爪又難以抓取的物品。</p><p>　　3．生產自動化的實現</p&

21、gt;<p>　　由于氣動技術良好的性能，從剛開始作為一些工業(yè)生產的輔助部件，到現在應用于自動化生產的各個領域。為減輕簡單重復的勞動提供了很大幫助，也成為現在自動化領域比較出色的生產技術[6]。</p><p>　　1.2 氣動機械手的應用和發(fā)展前景</p><p>　　氣動機械手是一種新型的機電一體化設備，它集中了操作本體，檢測裝置，驅動系統，能夠仿人操作，完成各種作業(yè)，所

22、有的作業(yè)可以自動完成，當然也可以手動完成，對提高生產物品質量的穩(wěn)定性起著絕對重要的作用。機器人技術也是集中了智能化，控制技術，計算機，等多種學科才形成的高新技術，在當代十分活躍。一個國家的生產水平，可以用機器人的應用水平來衡量。在機械加工，沖壓，鍛造，熱處理，電鍍，噴漆，裝配以及輕工業(yè)，交通運輸等方面得到越來越廣泛的應用，機械結構的形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制造能夠獨立的按程序控制實現復雜操作，使用范圍廣泛的“程

23、序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。</p><p>　　1.3 氣動機械手的組成和分類</p><p>　　1.3.1 氣動機械手的組成</p><p>　　圖1-1為機械手的典型結構。各系統相互之間的關系如方框圖1-2所示。</p><p>　　圖1-1 典型的機械手結構</p><p>　　圖1-2 機械手方

24、框圖</p><p><b>　　一. 執(zhí)行機構</b></p><p>　　手部、手臂，行走機構。</p><p>　　手部就是末端執(zhí)行器，作為直接抓取工件的部分，需要對其結構進行選擇，在下文有具體的分析。</p><p>　　手臂就是增加整個機械手的自由度，使其能夠伸縮，上下，使其作業(yè)范圍變大，為完成任務提供方便。

25、</p><p>　　行走機構屬于特殊的機構，由于其活動靈活，可以自由移動，比如車間的自動搬運機械裝置，可以智能識別路線，將目標物品移動到目標位置。</p><p><b>　　二．驅動系統</b></p><p>　　驅動系統是由驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置、調節(jié)裝置和輔助裝置組成。</p><p>　　驅動系

26、統包括各種類型的電動機，直流伺服的電動機，步進電動機，交流伺服電動機，液壓驅動裝置和氣動驅動裝置。當然，現在應用比較廣泛的還是電動機類別的。</p><p><b>　　三．控制系統</b></p><p>　　控制系統就是用來控制機械手按著事先規(guī)定的運動軌跡來運動的系統?？刂葡到y可以分為程序控制系統和電氣定位系統?？刂葡到y除了可以讓機械手按著事先規(guī)定的路徑運動之外，

27、還能記憶人們事先給予機械手的指令信息，按控制系統儲存的信息對執(zhí)行機構發(fā)出命令，并且可以對機械手整個系統監(jiān)視，在發(fā)生事故時就會發(fā)生警報，可以得到及時的處理。</p><p>　　控制系統一般由計算機和一個控制器組成。當然，控制系統可以分為集中控制和分散控制兩種。這兩種控制方式各有優(yōu)點，集中式的控制系統比較易于控制，分散式的雖然能準確的控制，但是比較麻煩。所以在選擇時，要根據我們的實際情況來設置。</p>

28、<p><b>　　四．位置檢測裝置</b></p><p>　　當機械手運動到某一位置時及不管哪個位置，檢測系統都會檢測到其位置，并和設定的位置進行比較，然后經過一系列運算，比較得出其正確的位置，不斷的調整以達到機械手準確運動的目的。</p><p>　　1.3.2 氣動機械手的分類</p><p>　　工業(yè)機械手的類型很多，但

29、是國內并沒有統一你的劃分標準，所以我們在這里以下面的標準進行分類。</p><p><b>　　一．按用途分類</b></p><p>　　機械手可以分為專用機械手和通用的機械手：</p><p>　　1、專用機械手適用與專用的設備和某些特定的產品，它并不適合所有的物品。它的專用性雖然適用性低，但是對于專用性來說，非常專業(yè)，在大批量生產活動中

30、，具有無可替代的優(yōu)勢。</p><p>　　2、通用機械手就其適用范圍來說，要比專用性的機械手的范圍要多，它可以通過調整程序來適應不同場合，它的精度也足夠高，可以達到生產的目標和目的，但是只適合中小批量的自動化生產。</p><p><b>　　二．按驅動方式分類</b></p><p>　　1、液壓機械手是用液體壓縮產生的能量來驅動機構的運動

31、，它最大的特點就是：抓取的重量大，可以持續(xù)的輸出，但是其對泄露需要進行很精密的處理，如果泄漏的話對工作性能有較大的影響，而且不易在高溫或者低溫下工作。</p><p>　　2、氣壓驅動的機械手當然就是靠氣壓的壓縮來驅動機械機構運動。它的特點也是很鮮明的：它的動作非常靈敏，介質來源也比較方便，一般空氣都可以，通過處理器處理過后就可以使用，由于空氣的壓縮性，在抓取物品時可以柔性抓取，減小沖擊，但是如果要用氣動機械手去

32、抓取同樣的重量會比液壓傳動的要大，我們一般認為，它適合于低速輕載，粉塵多，高溫的環(huán)境。</p><p>　　3、機械傳動機械手是靠機械傳動機構進行傳動的一種機械手，是一種專用機械手，其動力由機械機構提供。</p><p>　　1.4 氣動系統的組成</p><p>　　氣動系統的構成如圖1-3所示</p><p>　　氣動回路的目的就是驅動各

33、種不用作用的機械裝置，氣動系統的幾個控制內容是：速度，方向和力的大小。這樣就可以控制生產裝置相連接的各種氣缸，靠方向控制閥，壓力閥，和流量閥來實現三個內容的控制，即</p><p>　　壓力控制閥——控制氣缸輸出力的大小</p><p>　　方向控制閥——控制氣缸的運動方向</p><p>　　速度控制閥——控制氣缸的運動速度</p><p>

34、;　　圖1-3 氣動系統的構成</p><p>　　1.5 課題的提出及主要任務</p><p>　　1.5.1 課題的提出</p><p>　　進入21世紀，我國老齡化加劇，在沿海地區(qū)出現了嚴重的短缺現象，我們急需要提高生產效率，進而使工作的勞動量減少，為了減少工作量，我們可以增加生產線的自動化程度，來減少這種枯燥乏味的重復性來動，把產品從一條生產線搬到另一生產

35、線。這樣做，我們就可以降低工人的勞動量了。</p><p>　　液壓傳動因為其泄露問題，會對周圍的元件和設別產生污染，如果有的元件不能適應這種環(huán)境就會導致他們的破壞，產生設備損失。液壓傳動有幾個不好的缺點：手溫度影響效果明顯，油的溫度變化時，其運動特性也會產生變化，而且將空氣混入后，會產生噪音，因為其泄露的原因，我們需要制造出及其精確的液壓元件適應這一缺點，但是其成本造價過于高，維修也不便。</p>

36、<p>　　鑒于這些缺點，本機械手擬采用氣壓傳動，氣動傳動的優(yōu)點上面已經介紹過了，傳動壓力較低，作介質易于提取，而后排入大氣，并不污染空氣，處理方便，管道不易堵塞；在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較??；動作迅速和反映靈敏，氣動系統只需很短的時間就可以啟動，可以實現過載保護，便于自動控制；壓縮空氣可以儲存在儲氣罐中，在發(fā)生特殊的情況下，工作不會因為這些情況停止。工作環(huán)境適應性好，在一些特殊的環(huán)境中，其優(yōu)點很明顯，不會因為環(huán)境的

37、變化而引起性能的變化，成本低廉，由于其需要的壓力較低，因此其氣動元件所需的精度較低，成本低，易于制造，節(jié)約成本。</p><p>　　1.5.2 課題的主要任務</p><p>　　1.完成機械手工作規(guī)劃</p><p>　　2.設計氣壓傳動系統工作原理圖和氣動元件的設計計算</p><p>　　3.設計氣壓工作回路和相應的PLC的程序<

38、;/p><p>　　2 機械手總體設計方案</p><p>　　2.1 機械手的技術參數列表</p><p>　　一、用途：車間皮帶機之間的搬運</p><p><b>　　二、設計技術參數：</b></p><p>　　1、抓重：5Kg (夾持式手部)</p><p>　　2

39、、自由度數：3個自由度</p><p>　　3、坐標型式：圓柱坐標</p><p><b>　　4、主要運動參數：</b></p><p>　　縱向手臂伸縮行程：300mm手臂伸縮速度：400mm/s</p><p>　　橫向手臂伸縮行程：200mm手臂伸縮速度：200mm/s</p><p>　

40、　機身回轉范圍：0-90°機身回轉速度：60° /s</p><p>　　2.2 機械手基本形式的選擇</p><p>　　按機械手臂的各種不同的運動方式和不同的組合情況，用坐標形式分類的話可以分為直角式，圓柱式和球坐標式和關節(jié)式。當機械手在搬運時，手臂具備升降，收回以及回轉運動。我們采用圓柱坐標式，對應的機械手會有三個自由度。</p><p>

41、　　圖2-1是傳送帶搬運機械手示意圖，圖中的搬運機械手就是將物品從傳送帶A搬運到傳送帶B。</p><p>　　圖2-1 機械手搬運物品示意圖</p><p>　　2.3 機械手的主要部件及運動</p><p>　　本設計采用圓柱型坐標機械手，根據我們設定的任務，該機械手有3個自由度：伸縮手臂的伸縮，機身的回轉和縱向手臂的伸縮。</p><p&

42、gt;　　該設計的機械手有幾大部件和相應的氣缸：1.手部，采用平行開閉氣爪，通過氣缸的伸縮來帶動機械結構的開閉。2.伸縮手臂，橫向伸縮手臂是由一個帶導桿的氣缸構成。3.縱向伸縮手臂：由一個單作用氣缸構成。4.回轉機構：由一個擺動氣缸構成。下面我們給出本方案具體的機械手示意圖3-1：</p><p>　　具體的運動流程為：橫向手臂伸出，升降手臂伸出，夾緊，升降手臂收縮，擺動氣缸旋轉，橫向手臂收縮，松開。</p

43、><p>　　圖2-2 機械手示意圖</p><p>　　3 氣動機械手的氣動系統設計</p><p>　　3.1 搬運機械手氣爪的選擇</p><p>　　3.1.1 末端執(zhí)行器概述</p><p>　　末端執(zhí)行器就是一個機械手的操作手，針對不同的作業(yè)任務有著不同的結構和功能的裝置。其種類個數很多，與機械手的用途密切相

44、關，我可以將其分為搬運機械手，加工機械手，測量機械手等其他種類。</p><p>　　搬運式的末端執(zhí)行器可以用來抓取和夾持，搬運各種物體。</p><p>　　加工類的末端執(zhí)行器一般都帶有砂輪，銑刀，噴嘴等加工工具的機器，可以用來做簡單重復的加工作業(yè)。</p><p>　　測量型的測量末端執(zhí)行器是裝有傳感器的特殊附加裝置，用來測量和檢測作業(yè)，比較高端的末端執(zhí)行器。&

45、lt;/p><p>　　在設計機械手的末端操作器時，我們必須注意下面幾個問題：</p><p>　　1.末端執(zhí)行器是根據我們要執(zhí)行的任務要設計的。我們在做不同的任務時，當一種機械手不能滿足需要時，我們就需要設計一種新的機械手來滿足我們的需要，這時候就可以得出來，不斷創(chuàng)造可以使機械手的應用范圍變的越來越大。</p><p>　　2.機械手的重量和需要抓取的物件的重量將是我

46、們需要考慮的對象，為了減少負荷等。在設計機械手時需要重量小，結構緊湊，滿足要求。</p><p>　　3.機械手具有專用性和通用型機械手兩種。但是通用型機械手的設計很難實現，至今也沒有適用于多種場合的萬能機械手出現，所以我們要提高生產效率，除了要在萬能型機械手上下功夫外，我們還需要在專用型機械手上下功夫，一個做的好的專用型機械手，即使避免不了切換的麻煩，但是其自身的效率可以幫我們解決這樣的問題。就成本來說，專用型

47、機械手要比萬能機械手的價格造價低很多?？梢源蟠蟮墓?jié)約成本。</p><p>　　3.1.2 末端執(zhí)行器的運動和驅動方式</p><p>　　本文的工作條件為傳送帶之間的搬運機械手，且搬運的物品為小型的重量輕的鋼制零件，所以我們可以采用平行開閉標準氣爪。</p><p>　　機械爪的驅動方式主要有三種</p><p>　　1.氣動驅動方式。通過

48、電磁閥換向閥的換向來切換氣爪的開合，用單向節(jié)流閥來控制其合閉的速度，氣動驅動系統的價格較低，生產比較容易，因此只要是可以采用氣動機械手的地方，我們都會采用氣動機械手。為了避免抓夾時，將物品抓爛，采用氣動氣爪也是合適，因為空氣具有一定的壓縮性，可以使機械手慢慢的閉合。</p><p>　　2.電動驅動方式。電動類的氣爪其應用范圍也比較大，為了得到足夠大的驅動力和力矩，我們需要用到減速器。電動驅動方式能夠準確的實現機

49、械手的抓夾和位置的控制。它有的一個缺點就是等我們要求的條件使是防爆時，就不可以用電動式，因為其開啟和電壓變化時產生的火花會導致危險性。</p><p>　　3.液壓驅動方式。液壓驅動類的我們應用很多，由于它的驅動力比較大，廣泛應用于大型機械和車輛中。比如，挖掘機，千斤頂等可以輸出大量力矩的場合，是其他類型機械手不具備的。</p><p>　　由于，我們想要設計的傳送帶之間的搬運手以及我們要

50、搬運的為規(guī)則的剛類零件。再根據其重量不是很大，我們采用是氣動驅動方式，其介質獲取方便，且反應靈敏快速，沒有泄露等問題的出現。所以我們采用氣動驅動方式。</p><p>　　3.1.3 末端執(zhí)行器的設計計算</p><p>　　根據上述描述，我們做的是搬運機械手，搬運的是小型可抓取的物件，所以我們采用標準氣爪，不需要我們設計，可以根據表格直接選型。</p><p>　

51、　我們設計的機械手爪的最大夾持重量是m=5Kg。根據我們的要求，我們需要的是平行開閉氣爪，其原理結構如下圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 平行開閉型氣爪結構原理圖</p><p>　　1-活塞桿 2-杠桿 3-鋼球 4-手指 5-導軌 6-止動塊 7-定位銷 8-杠桿軸</p><p>　　對夾持工件進行受力分析如圖3-2所示，為了能夠夾起物

52、件，摩擦力2µF必須大于等于工件的重量mg，搬運時不可能實現無沖擊，對于沖擊性，必須設定一個安全系數（由機械設計第六版可知，為了增大摩擦，一般令µ＝0.65）因此</p><p>　　F>mg/2µ[6]=5×9.8×4/(2×0.65)=144.12N </p><p>　　圖3-2 夾持工件受力示意圖</p>

53、<p>　　由上面的計算和表3-1，我們可以選擇合適的型號：MHZ-40S。</p><p>　　表3-1 單作用氣爪參數</p><p>　　3.2 機械手手臂的設計計算</p><p>　　3.2.1 機械手手臂的具體設計方案</p><p>　　下面這是我們常見的幾種結構</p><p>　　1.

54、雙導桿手臂伸縮結構</p><p>　　2.雙活塞桿氣缸結構。</p><p>　　3.活塞桿和齒輪齒條機構。</p><p>　　本設計中為了應用更多的氣缸，不管是直線還是回轉類型的運動，我們都用的是氣缸。</p><p>　　圖3-3 機械手運動示意圖</p><p>　　3.2.2 升降手臂的設計</p&

55、gt;<p>　　升降手臂為機械手執(zhí)行垂直升降的運動的機構。由于伸縮手臂主要承擔末端執(zhí)行器和夾持物件的重力。下面進行計算選擇：</p><p>　　軸向負載力F=（m1+m2+m3）=60.907N</p><p>　　根據表10-10，預選負載率B=25%</p><p>　　已知P=0.5Mpa，氣缸的動作時間為t=0.8S，氣缸行程L=250mm

56、</p><p>　　由式 = P[6] </p><p>　　已知L=250mm，t=1s，B=25%，查的 =1.05</p><p>　　查得氣缸的理論最大速度為 =420mm/s</p><p>　　負載的最大動能 = M [6]=（1/26.215 ）0.548J</p><p>　　選用CDM2B32

57、-300（墊緩沖氣缸）如圖3-5</p><p>　　圖3-4 墊緩沖氣缸</p><p>　　3.2.3 伸縮手臂的設計</p><p>　　伸縮手臂是水平放置的執(zhí)行機械手水平伸出和收縮的機械機構，但是由于其除了要承受伸縮的力還要承受垂直方向上由末端執(zhí)行器和垂直伸縮氣缸產生的彎矩，使我們在選擇伸縮氣缸時必須保證手臂的正確的方向以及要承受的彎曲和扭轉力矩。<

58、/p><p>　　為使設計的標準化和簡便化，在本設計中，伸縮手臂采用新薄型帶導桿氣缸（如圖3-6）。</p><p>　　圖3-5 新薄型帶導桿氣缸</p><p>　　根據本設計的要求，我們設計伸縮手臂的行程為200mm，氣爪的重量為0.715Kg，加上氣爪和連接板的重量，總質量約為8Kg，由此，伸縮手臂的最大橫向負載F=mg=85.407N。</p>

59、<p>　　根據表3-2的數據，我們選擇缸徑為20mm型號為MGPL32—250的氣缸。</p><p>　　圖3-6 導桿氣缸受力圖</p><p>　　表3-2 帶導桿氣缸的參數</p><p>　　伸伸縮手臂做的是直線運動，因此要克服摩擦力和慣性力，所以我們要根據摩擦阻力和慣性力來確定。</p><p>　　在計算摩擦力

60、時，我們要根據實際的導向截面形狀來計算其摩擦阻力。就如圖3-7所示的結構一樣。</p><p>　　圖3-7 伸縮手臂受力示意圖</p><p>　　由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。</p><p>　　在垂直方向，可近似認為 = =85.407N。</p><p>　　導桿所受到的水平方向的摩擦力 =FN<

61、/p><p>　　將有關數據代入進行計算</p><p>　　=FN=0.2×85.407=17.081N</p><p>　　慣性力的計算：本設計要求手臂平動時V=200mm/s，在計算慣性力的時候，設置啟動時間0.1s，起始的速度為V=V=200mm/s。</p><p>　　氣缸所需的驅動力 F驅=F摩+F慣=17.081+1

62、.743=11.98N</p><p>　　氣缸的理論驅動力 F=1/4 p其中</p><p>　　D—氣缸的內徑（米）；</p><p>　　根據設計技術參數D=32mm，p=0.5MPa</p><p>　　代入數據進行計算得 </p><p>　　F=1/4 p =1/4×3.14×

63、×0.5×106=100.480N[6] </p><p>　　由計算的結果可知F>F驅，由此我們可以知道所選的氣缸滿足需求</p><p>　　3.2.4 回轉臂設計</p><p>　　為了能夠實現回轉的要求，我們選擇擺動氣缸，利用壓縮空氣的能量驅動輸出軸在一定角度范圍內作往復回轉運動的氣

64、動執(zhí)行元件?？梢詫崿F物體的夾緊，分類。夾緊。翻轉和閥門的合閉，還有機器人的手臂動作等，還必須將其固定在底座上。</p><p>　　在本設計我們的回轉臂要選用擺臺MSQ系列，如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8 MSQ系列擺臺</p><p>　　擺臺要承受加載它上面的軸向負載F和偏心負載G總產生的彎矩M，當機械手豎直向下運動時，擺臺所受的軸向負載最大，去

65、大小有其承受的總重力和慣性力決定，即</p><p>　　慣性力的計算：手臂在升降時V=400mm/s，我們在計算慣性力時，設置=0.8s，V=400mm/s。</p><p><b>　　由下面公式計算：</b></p><p><b>　　代入計算數據求得</b></p><p>　　綜上所述

66、：擺臺應承受的軸向負載</p><p>　　F=F重+F慣=124.607+36.96=164.567N</p><p>　　由于機械手承受重物的偏心負載，必然會對擺臺產生一個彎矩，在選擇擺臺時需保證擺臺所能承受的彎矩M不能超過許用彎矩。</p><p>　　擺臺所要承受的彎矩M= ·L，根據前文的設計計算，知</p><p>　　

67、=70N，L=243mm</p><p>　　代入數據求得M= ·L=17.01N·m [13]</p><p>　　擺臺有基本型和高精度型兩種類型，基本型雖然其精度不足，但是其足夠滿足我們的設計要求，而且其價格較低。不管是彎矩還是負載值，在選型時我們需要考慮一定的裕量。據表3-3，選擇的擺臺型號為MSQB100。</p><p>　　表3-3

68、 擺臺參數</p><p>　　3.3 氣動傳動系統工作原理圖</p><p>　　圖3-9 氣動系統工作原理圖</p><p>　　3.4 其他氣動元件的選擇</p><p><b>　　1.氣源設備的選擇</b></p><p>　　空氣壓縮機是氣源裝置中的主體，它是將原動機的機械能轉換成氣

69、體壓力能的裝置?？諝鈮毫C按工作原理來講，可以分為，活塞式空壓機，滑片式空壓機，螺桿式空壓機。根據我們的需要，選擇螺桿式空壓機，能夠將我們的成本變到最低[6]。</p><p>　　首先我們需要計算氣缸的耗氣量</p><p>　　氣爪的耗氣 ) [6]</p><p>　　垂直氣缸的耗氣量： ) </p><p>　　橫向氣缸的耗氣量

70、： ) </p><p>　　擺動氣缸的耗氣量計算: </p><p><b>　　設備的總耗氣量：</b></p><p>　　空壓機的排氣量選擇：</p><p>　　空壓機輸出壓力的選擇</p><p>　　根據表3-4，選擇w-1.2 </p><p>　　表3-4

71、 空壓機參數表</p><p><b>　　2．后冷卻器的選擇</b></p><p>　　空壓機輸出的壓縮空氣溫度可達180，后冷卻器的作用就是將空壓機出口的高溫空氣冷卻至40以下，將大量水蒸氣和變質油霧冷凝成液體水滴和油滴，然后以便將他們清除掉[6]。</p><p>　　風冷式的不要冷卻水設備，不用擔心水凍結等一系列問題。但是它只是用與

72、處理進口空氣溫度低于100的空氣，而且其處理空氣的能力并不是很強。當然其優(yōu)點也是非常鮮明的：占地面積要比其他的小的多，成本相對較低，結構緊湊，維修的費用也相對較低[6]。</p><p>　　水冷式散熱面積是風冷式的25倍，熱水換均勻，故適用于進口空氣溫度低于200，且處理空氣量較大，溫度大，粉塵多的場合。</p><p>　　根據我們設計的要求，我們選擇水冷式的后冷卻器。</p&g

73、t;<p>　　其參數為:適用螺桿式空壓機功率為22KW， 額定流量為3300L/min，最高使用壓力為1.0Mpa，進口空氣溫度5 200.這些都符合要求</p><p>　　所以我們選擇 HAW22系列。</p><p><b>　　3減壓閥的選擇</b></p><p>　　減壓閥是將較高的進口壓力調節(jié)并降低到符合使用壓力要

74、求的出口壓力，并保證調節(jié)后出口壓力的穩(wěn)定。其他減壓裝置（如節(jié)流閥）雖能降壓，但無穩(wěn)壓能力[6]。現在我們按表3-5進行選擇 </p><p>　　表3-5 減壓閥參數表</p><p>　　根據我們的需要，我們選擇AR3000-02型的減壓閥</p><p><b>　　4.油霧器的選擇</b></p>

75、<p>　　油霧器是一種特殊的注油裝置。它將潤滑油進行霧化并注入空氣流中，隨壓縮空氣流入需要潤滑的部位，達到潤滑的目的，減少元件的磨損.延長元件壽命。根據表3-6選擇</p><p>　　表3-6 油霧器的參數</p><p>　　根據此表我們選擇AL3000-02</p><p>　　5.方向控制閥的選擇</p><p>　　電磁

76、換向閥是氣動控制元件中最主要的元件，品種繁多，，但原理無多大區(qū)別。按動作方式，有直動式和先導式。按密封形式，有彈性密封和間隙密封。按照前面的計算，已經可以選定電磁換向閥（根據現代實用氣動技術選擇）。分別為：SY7120-02數量2個，對應兩個伸縮氣缸，VFR2000數量一個對應氣爪。VF4100-03對應擺動氣缸[6]。</p><p>　　6.流量控制閥的選擇</p><p>　　控制流

77、量的方法很多，一類是不可調的流量控制，如細長管，孔板等；另一類是可調的流量控制，如噴嘴擋板機構，各種流量控制閥等。控制壓縮空氣流量的閥稱為流量控制閥[6]。</p><p>　　單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運動速度，故常稱為速度控制閥。根據表3-7流量控制閥，對于氣爪來說，我們選擇AS1000-M5。</p><p>　　對于升降氣缸和伸縮氣缸，我們選

78、擇AS2000-01（2個），對于擺動氣缸選擇AS3000-02。</p><p>　　表3-7 流量控制閥參數</p><p>　　4 機械手控制系統及氣動回路的設計</p><p>　　4.1 基于PLC的控制系統及回路設計</p><p>　　4.1.1 PLC簡介</p><p>　　20世紀60年代初，生產

79、汽車的控制系統大多采用的是繼電器控制裝置，在那個年代，汽車的型號并不是很多，因此這些系統完全可以適應當時的要求，但是隨著汽車的型號和品種越來越多，在我們生產時要消耗大量的時間和體力來更換這些器件。所以汽車公司開始尋求更加方便快捷的控制系統，因此提出了十項指標，即</p><p>　　1. 編程方便，現場可修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結構；</p><p>　　3. 可靠性高于繼電器

80、控制裝置；4. 體積小于繼電器控制裝置；</p><p>　　5. 數據可直接送入管理計算機；6. 成本可與繼電器控制裝置競爭；</p><p>　　7. 輸入可以是交流115V；</p><p>　　8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等；</p><p>　　9. 在擴展時，原系統只要很小變更；</p>

81、<p>　　10. 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。</p><p>　　4.1.2 PLC的結構、種類</p><p>　　PLC實質就是一個微型計算機，如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 PLC的組成</p><p>　　一.PLC的分類有：</p><p><b>　　

82、1. 小型PLC</b></p><p>　　小型PLC的I/O點數一般在128點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊[5]。</p><p><b>　　2.中型PLC</b></p><p>　　中型PLC采用模塊化結構，其I/O點數一般在256~

83、1024點之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式 。[5]</p><p><b>　　3.大型PLC</b></p><p>　　一般I/O點數在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯網功能強，有各種通訊聯網的模塊，實現工廠生產管理自動化。</p><

84、p><b>　　二. PLC的組成</b></p><p>　　1.中央處理單元(CPU)</p><p>　　CPU是PLC的控制中樞。它接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，而且可以對用戶的錯誤做出判斷。</p><p><b>　　2.存儲器</b></p&

85、gt;<p>　　存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。</p><p>　　PLC常用的存儲器類型：</p><p>　　RAM (Random Assess Memory) </p><p>　　EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)</p><p>　　EEPROM(

86、Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)</p><p><b>　　3.輸入/輸出單元</b></p><p>　　為了避免其輸入的穩(wěn)定性受到影響，我們必須對輸入電路進行特殊的設計，一般采用光電耦合電路進行隔離，可以有效的防止干擾信號。它可以接受一些傳感器傳來的信號，并且進行處理。將弱電信號轉換成我們需要的

87、強電信號。</p><p><b>　　4.電源部分</b></p><p>　　PLC一般我們都采用220V的交流電源。小型整體的會在其內部裝有一個開關穩(wěn)壓電源，會給不同的元件提供不同的電源。</p><p><b>　　5.接口單元</b></p><p>　　接口單元就是為了滿足用戶的需要，可

88、以增加一些外接的編程器，存儲器等。</p><p><b>　　6.外部設備</b></p><p>　　外部設備有編程器，打印機等結構，但是一般我們是不需要這個編程器的。但是他們各有各的用途。</p><p>　　4.1.3 PLC輸入輸出地址分配</p><p>　　表4-1 順序控制輸出輸入地址分配表</

89、p><p>　　表4-2 順序控制內存變量分配表</p><p>　　4.1.4 回路設計</p><p>　　圖4-2 氣動系統圖</p><p>　　上面這圖是氣動系統的工作原理圖，1Y等代表的是電磁鐵，電磁鐵接通后，氣缸就會隨著運動，當然他們是有順序的運動。里面加有油霧器，冷卻器，減壓閥等輔助裝置。還有控制流量大小和方向的單向節(jié)流閥。&

90、lt;/p><p>　　表4-3 電磁鐵動作順序表</p><p>　　上面這個表格就是事先規(guī)定的的電磁鐵順序的列表，電磁鐵的接通順序就是按照這個+號來確定的</p><p>　　根據這些表格，我們設計出了下面的PLC程序，分為自動控制和手動控制兩種，完全按照表格中的順序運動。已經通過PLC軟件調試過，能過按照規(guī)定的程序運動。</p><p>

91、　　4.1.5 PLC程序設計</p><p>　　我們設置了手動和自動兩種控制模式，因此寫入了兩個子程序</p><p><b>　　主程序</b></p><p><b>　　SBR-0</b></p><p><b>　　SBR-1</b></p><

92、;p><b>　　5 結論</b></p><p>　　本設計的氣動機械手的比較簡單，對應的氣動系統也相對簡單，設計比較合理，能夠滿足部分形狀不同的物件的轉移、夾取、安裝等功能，方便快捷。其設計主要考慮以下幾個方面：</p><p>　　1.機械手的運動規(guī)劃</p><p>　　設定運動路徑，規(guī)劃好機械手要實現的動作，對后面的氣動系統的研

93、究有很大的影響。</p><p><b>　　2.氣動系統的設計</b></p><p>　　根據要實現的操作，進行氣動元件的選擇，使每個氣動元件可以符合回路要求。</p><p><b>　　3.控制系統的設計</b></p><p>　　為了實現自動化的操作和無限的循環(huán)，我們需要設計合理的控制程

94、序來實現這個目的。本設計采用的是PLC，來控制。</p><p>　　由于本人才疏學淺，有不恰當的地方和不準確的地方，懇請各位老師，批評指教。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　章宏甲.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　鄭家林.輕工業(yè)氣壓傳動[M]

95、.北京：輕工業(yè)出版社，1989.</p><p>　　路甬祥.液壓氣動技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　左建明.液壓與氣壓傳動[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　崔繼仁.電氣控制與PLC應用技術[M].北京：中國電力出版社，2010.</p><p>　　SMC（中國）有限公司.

96、現代實用氣動技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　吳宗澤.機械設計師手冊：下冊.北京：機械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　李壯云.液壓氣動與液力工程手冊：上冊。北京：電子工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　張群生.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　袁承訓.液壓

97、與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1994.</p><p>　　徐文燦.氣動元件及系統設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.</p><p>　　哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2009.</p><p>　　丁繼斌

98、.機器人技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2012.</p><p>　　程憲平.機電傳動與控制[M].武漢：華中科技大學出版社,2010.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文完成之際，首先我要感謝的就是我的老師。在我寫論文期間，給我提供了及時的幫助。王老師每次都會精確的得出我的問題所在，并耐心的給予我輔導

99、，及時的解決我的問題。不管問題是大是小，王老師總是會給予最耐心的輔導。王老師的知識非常豐富，涉獵范圍很廣，所以我們的問題，王老師可以一眼看出來，結合王老師的切身經歷給予我們最大幫助。每個學生的論文進度，王老師都會非常關心，她會督促我們盡快的完成論文，遇見不會問題要及時的詢問，不可以盲目的向前。正因為王老師負責的態(tài)度，我們才能保證質量，保證數量的完成論文。我再次對王老師的幫助表示感謝。我的基礎并不扎實，我需要向他們詢問，才能得出正確分析，

100、而他們也給我提供了最大幫助，沒有他們，我就無法完成這篇論文。還要感謝所有給予我?guī)椭娜耍鲌D報，是我們的優(yōu)秀美德，我們需要將其發(fā)揚光大。</p><p>　　經過幾個月的辛苦拼搏，總算將論文寫完，我心里非常激動，雖然它不是最好，但是付出了我的心血，是對我大學四年所學知識的總結，也是對我自身學習的認可，讓我知道我大學所學知識是能夠應用到實際中的。</p><p>　　四年的學習生活，我學習

101、到了很多東西，接觸了好多老師的教導和影響，非常感謝這些幫助過我的人。每個人的成功都離不開背后無數人的默默支持，當我們成功時，首先要感謝的就是那些默默的在背后支持你的人，懂得感恩，才能不斷的向前。不管我們身在何處，都要感謝那些幫助過我們的人，他們給我們的幫助不僅僅幫我們渡過了當前的困難，還為我們以后的道路奠定了基礎，沒有他們，我們就沒有以后，更不用說現在。我們是黨和國家未來的接班人，我們自身需要有極高的文化素質，道德涵養(yǎng)和足夠的專業(yè)精神，

102、俗話說，打鐵還需自身硬，我們要想為國家做貢獻，就必須先把自己塑造成專業(yè)人士，這樣在國家和黨需要我們的時候，我才能挺身而出。我們國家經歷的艱苦的抗日戰(zhàn)爭，是我們需要銘記在心的，時刻記住我們的現在是我們的先代給我創(chuàng)造的，付出了極大大代價和生命，我們不僅要珍惜，還要像我們的先代那樣，為我們的國家做出貢獻，為國家建設出一份力，流汗和犧牲，這樣才對不起我們的身份，對得起一個中國人的良心。從現在起，我們就要好好學習，做一個專業(yè)的人才。我們要向先代致