#實際驅動力:KKp實際"片因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取€，0.94，并取K，1.5。若被抓取工件1的最大加a速度取a，3g時，貝V：K，1+—，42g所以P所以P實際，245?需，1563(")所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為1563N。3.1.3.2、氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。根據力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為：-F-Ftz式中：F-活塞桿上的推力，N1F-彈簧反作用力，NtF-氣缸工作時的總阻力，NzP-氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算：F，G(1+s)tfGd4D3n1Gd4G=」f8D3n1式中：G-彈簧剛度，N/mf1-彈簧預壓縮量，ms-活塞行程，md-彈簧鋼絲直徑，mD-彈簧平均直徑，.

n-彈簧有效圈數.G-彈簧材料剪切模量，一般取G=79.4€109Pa在設計中，必須考慮負載率,的影響，貝V：由以上分析得單向作用氣缸的直徑：代入有關數據，可得G二竺8D代入有關數據，可得G二竺8D3n179.4x109€(3.5x10-3)48€(30€10-3)3€15=3677.46(N/m)F=G(1+s)tf二3677.46€60€10-二220.6(N)所以：D=所以：D=：4(F1…卩仿=、?pn4€(490+220.6)?€0.5€106=65.23(mm)查有關手冊圓整，得D=65mm由d/D=0.2-0.3,可得活塞桿直徑:d=(0.2—0.3)D=13—19.5mm圓整后，取活塞桿直徑d=18mm校核，按公式F/(?/4d2)<Q]1有：d>(4F1/?Q])0.5其中，[o]=120MPa，F=750N1則:d>(4€490/?€120)05=2.28<18滿足實際設計要求。3.1.3.3、缸筒壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:8，DP/2[€]p式中:6-缸筒壁厚，mmD-氣缸內徑，mmP-實驗壓力，取P，1.5P,Papp材料為:ZL3,[€]=3MPa代入己知數據，則壁厚為:8，DP/2[€]p，65x6x105/(2x3x106)，6.5(mm)取8,7.5mm，則缸筒外徑為：D，65?7.5x2，80(mm)1第四早手腕結構設計考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉結構，實現手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。4.1手腕的自由度手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞X軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求目前實現手腕回轉運動的機構，應用最多的為回轉油（氣）缸，因此我們選用回轉氣缸。它的結構緊湊，但回轉角度小于360。，并且要求嚴格的密封。4.2手腕的驅動力矩的計算4.2.1手腕轉動時所需的驅動力矩手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉動軸線不重合所產生的偏重力矩.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。1.工件2.手部3.手腕圖4-1手碗回轉時受力狀態手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算:M=M€M€M€M驅慣偏摩封式中：M-驅動手腕轉動的驅動力矩(N，cm);驅M-慣性力矩(N，cm);慣M-參與轉動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉缸的動片)偏對轉動軸線所產生的偏重力矩(N，cm).,;M-手腕回轉缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力封矩(N?cm);下面以圖4-1所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算：1、手腕加速運動時所產生的慣性力矩M悅若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉動時的角速度為①，起動過程所用的時間為?，貝V：M=(J€J)—(N.cm)慣1?t式中：J-參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量(N.cm.s2);J-工件對手腕轉動軸線的轉動慣量(N.cm.s2)'。1若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量J為：1€G1e2式中：J-工件對過重心軸線的轉動慣量(N.cm.s2):cG-工件的重量(N);1e-工件的重心到轉動軸線的偏心距(cm),1①-手腕轉動時的角速度(弧度/s);?t-起動過程所需的時間(s);?…一起動過程所轉過的角度(弧度)。2、手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力矩M偏M€Ge+Ge(N-cm)偏1133式中：G-手腕轉動件的重量(N);3e-手腕轉動件的重心到轉動軸線的偏心距(cm)3當工件的重心與手腕轉動軸線重合時，則Ge€0.113、手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩M封M€f(Rd,Rd)(N-cm)封2A2B1式中：d,d-轉動軸的軸頸直徑(cm);12f-摩擦系數，對于滾動軸承f€0.01，對于滑動軸承f€0.1；R,R-處的支承反力(N),可按手腕轉動軸的受力分析求解,AB根據工M(F)€0，得:ARl+Gl€G/+GlB33221Gl,Gl—GlTOC\o"1-5"\h\zR€_j_42^3^-Bl同理，根據工M(F)€0，得：BG(l,l),G(l,l),G(l—l)R€_112233—Al式中：G-的重量(N)2l,l,l,l，—如圖4-1所示的長度尺寸(cm).1234、轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據具體情況加以分析。4.2.2回轉氣缸的驅動力矩計算在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉軸5固連。動片封圈4把氣腔分隔成兩個?當壓縮氣體從孔a進入時，推動輸出軸作逆時4回轉，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉。單葉氣缸的壓力P驅動力矩M的關系

為:pb（R2一r為:pb（R2一r2）22Mb（R2一r2）3Fl4-2麻電l鬲offtotatingGas.V^t式中！M—回轉氣Kt的呃動力S<N-cmh[r—回轉％缸的I：作壓力小叱“匸R―體內塑半徑（mihr—輸酗軸半楝（亡抽九b——動片寬度（cnX上述餾動力距利壓力的關系哉墾對于紙壓腔背壓為零的悄呪下而育時.若低壓腔宥一定的背壓.則上式中的口應餐以工作壓力斡與背壓旳之差“第五章手臂伸縮、升降、回轉氣缸的尺寸設計與校核5.1手臂伸縮氣缸的尺寸設計與校核5.1.1手臂伸縮氣缸的尺寸設計手臂伸縮氣缸采用標準氣缸，參看各種型號的結構特點，尺寸參數，結合本設計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內徑為€100/63：5.1.2尺寸校核1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內徑D=63mm,半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸1滿足使用要求即可,設計使用壓強P二0.4MPa,則驅動力：F=P?兀R2二0.4?106?3.14?0.03152二1246(N)測定手腕質量為50kg,設計加速度a=10(m/s)，則慣性力F=ma1=50?10二500(N)2?考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數k=0.2,F=k.Fm1=0.2?500=100(N)?…總受力F=F+F01m=500+100=600(N)F<F0所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求要求。5.1.3.導向裝置氣壓驅動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，應該采用導向裝置。具體的安裝形式應該根據本設計的具體結構和抓取物體重量等因素來確定，同時在結構設計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉中心的慣量。導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設計中才用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。5.1.4平衡裝置在本設計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態，減少手抓一側重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側加裝平衡裝置，裝置內加放砝碼，砝碼塊的質量根據抓取物體的重量和氣缸的運行參數視具體情況加以調節，務求使兩端盡量接近平衡。5.2、手臂升降氣缸的尺寸設計與校核5.2.1尺寸設計氣缸運行長度設計為l=118mm,氣缸內徑為D=110mm,半徑R=55mm,氣1缸運行速度，加速度時間€=O.ls,壓強p=0.4MPa,則驅動力G，p.兀R2'、0，0.4x106x3.14x0.0552，3799(N)5.2.2尺寸校核1?測定手腕質量為80kg，則重力G，mg，80x10，800(N)1，設計加速度a，5(m/s)，則慣性力G，ma1，80x5，400(N)3.考慮活塞等的摩擦力，設定一摩擦系數k，0.1，G€k.Gm1€o.lX400€40(N),總受力G€G+G+Gqlm€800+400+40€l240(N)G?Gq0所以設計尺寸符合實際使用要求。5.3手臂回轉氣缸的尺寸設計與校核5.3.1尺寸設計氣缸長度設計為b€120mm,氣缸內徑為D=210mm,半徑R=105mm,l軸徑D€40mm半徑R=20mm，氣缸運行角速度…=90。/s，加速度時間2At€0.5s,壓強P€0.4MPa,則力矩：M€Pb(R2-r2)2€0.4x106x0.12(0.1052-0.0202)2€255(N.m)5.3.2尺寸校核1．測定參與手臂轉動的部件的質量m€120kg,分析部件的質量分布1情況，質量密度等效分布在一個半徑r€200mm的圓盤上，那么轉動慣量：mr2J€1—2€120x0.1022€0.6(kg.m2)…M€J.—慣At

€0.6€0.6x9005€108(N.m)考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定摩擦系數k€0.2,M€k.M摩慣=0.2x108€5.（4N.m）總驅動力矩M€M,M驅慣摩=108,5.4€113.（4N.m）M〈M???設計尺寸滿足使用要求。驅第六章機械手的PLC控制設計考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制.當機械手的動作流程改變時，只需改勢LC程序即可實現，非常方便快捷。6.1可編程序控制器的選擇及工作過程可編程序控制器的選擇目前，國際上生產可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC，德國西門子公司的SIMATICN5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考慮到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執行用戶程序來完成各種不同控制任務的。為此采用了循環掃描的工作方式。具體的工作過程可分為4個階段。第一階段是初始化處理。可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連，CPU對輸入輸出狀態的詢問是針對輸入輸出狀態暫存器而言的。輸入輸出狀態暫存器也稱為I/O狀態表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態信息的存儲區。其中存放輸入狀態信息的存儲器叫輸入狀態暫存器;存放輸出狀態信息的存儲器叫輸出狀態暫存器。開機時，CPU首先使I/0狀態表清零，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常后，進入下一階段。第二階段是處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態信息送到I/0狀態表中存放。在同一掃描周期內，各個輸入點的狀態在I/0狀態表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結果混亂，保證了本周期內用戶程序的正確執行。第三階段是程序處理階段。當輸入狀態信息全部進入I/0狀態表后，CPU工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據各I/0狀態和有關指令進行運算和處理，最后將結果寫入I/0狀態表的輸出狀態暫存器中。第四階段是輸出處理階段。段CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結果寫入到I/0狀態表狀態暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作。然后，CPU又返回執行下一個循環的掃描周期。6.2機械手可編程序控制器控制方案第七章結論1、本次設計的是氣動通用機械手，相對于專用機械手，通用機械手的自由度可變，控制程序可調，因此適用面更廣。2、采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現過載保護，便于自動控制。工作環境適應性好，不會因環境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小不會污染環境。同時成本低廉。3、通過對氣壓傳動系統工作原理圖的參數化繪制，大大提高了繪圖速度，節省了大量時間和避免了不必要的重復勞動，同時做到了圖紙的統一規范。4、機械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設定3LC程序來實現。可以根據機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。參考文獻張建民.工業機器人.北京:北京理工大學出版社，2007年蔡自興.機器人學的發展趨勢和發展戰略.機器人技術，2003年金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業機器人發展勢態分析.機器人技術與應用，2005年王雄耀.近代氣動機器人（氣動機械手）的發展及應用.液壓氣動與密封，2004年嚴學高，孟正大.機器人原理.南京:東南大學出版社，2003年機械設計師手冊.北京:機械工業出版社，2006年黃錫愷，鄭文偉.機械原理.北京:人民教育出版社，2006年成大先.機械設計圖冊.北京:化學工業出版社2009年鄭洪生.氣壓傳動及控制.北京:機械工業出版社，2007年吳振順.氣壓傳動與控制.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，2004年徐永生.氣壓傳動.北京:機械工業出版社，2002年傅祥志，機械原理（第二版），武漢：華中科技大學出版社，2000年吳昌林，機械設計（第二版），武漢：華中科技大學出版社，2001年徐鋼濤，機械設計基礎，北京：高等教育出版社，2008年致謝本次設計是在我尊敬的導師老師悉心指導下完成的。老師嚴謹的治學態度和精益求精的工作作風使我受益匪淺。在此，我首先向導師表示誠摯的感謝，并致以崇高的敬意!本次畢業設計是學習的三年間所學知識的綜合運用，通過這次設計把這三年所學的基礎理論和專業課程作了一個總結和回顧，加深了對理論的理解，能夠掌握機械設計的全套思路，為即將走上工作崗位和以后的發展打下了一定的基礎。在設計過程中，我查閱了大量的圖書資料以及網絡上的資料，包括機械零件、材料力學、液壓控制、幾何量公差與測量、機械制圖、機械手設計基礎等等，尤其是在從對各類設計手冊的查閱中，我的知識面得到了很大的提高；通過對該課題的獨立設計，使我對機械知識有了一個更加深入的了解，對機械這門學科有了進一步的理解。也使我獨立設計的能里有了極大的提高。在課題的研究和開發階段，我得到了機械與電氣工程學部老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝。在本次畢業設計中，機械與電氣工程學部的各位老師，以及全體同學給與我很大支持和幫助，在此我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師們和同學們表示衷心的感謝。在設計過程中遇到不懂的地方，我也經常與同事、同學進行討論，解決難題。感謝父母、家人對我的教育，感謝所有