气动机械手的设计毕业设计方案完整.doc

毕业设计（论文）课 题 名 称：气动机械手设计专 业 班 级：13机械电子工程 学 生 姓 名： 钟 国 森 指 导 教 师： 201 年 月目录摘要.4第一章 序言 1.1机械手概述.51.2机械手组成和分类.51.2.1机械手组成4 1.2.2机械手分类6第二章 机械手设计方案2.1机械手坐标型式和自由度 82.2机械手手部结构方案设计 82.3机械手手腕结构方案设计 92.4机械手手臂结构方案设计92.5机械手驱动方案设计92.6机械手控制方案设计92.7机械手关键参数92.8机械手技术参数列表9第三章 手部结构设计3.1夹持式手部结构113.1.1手指形状和分类113.1.2设计时考虑多个问题143.1.3手部夹紧气缸设计14第四章 手腕结构设计4.1手腕自由度 194.2手腕驱动力矩计算 19 4.2.1手腕转动时所需驱动力矩 204.2.2回转气缸驱动力矩计算22第五章 手臂伸缩，升降，回转气缸设计和校核5.1手臂伸缩部分尺寸设计和校核235.1.1尺寸设计235.1.2尺寸校核245 .1 .3导向装置255 .1 .4平衡装置255.2手臂升降部分尺寸设计和校核265.2.1尺寸设计265.2.2尺寸校核265.3手臂回转部分尺寸设计和校核275.3.1尺寸设计275.3.2尺寸校核27第六章 机械手PLC控制设计276.1可编程序控制器选择及工作过程276.1.1可编程序控制器选择276.1.2可编程序控制器工作过程276.2可编程序控制器使用步骤23第七章 结论24致谢29参考文件30专业相关资料31摘要 在设计机械手臂座时候，用两个电机提供动力。左边一电机经过谐波减速器减速后，经过齿轮来控制手臂回转，而手臂弯曲动作动力，由右边一电机提供。电机2一样也是经过谐波减速器减速后，经过一个长轴，把动力传到底部小齿轮上，再由小齿轮和大齿轮啮合，把动力传到那竖直锥齿轮上，又经过锥齿轮之间啮合，把动力和运动传输到横轴上，这么，再经过键连接，就能把动力传到那带轮上。这么，带轮就以一定速度不停转，以给臂关节经过同时齿型带传输动力。在设计臂关节结构时，我们用两个同时齿形带轮来传输动力，而带轮又和轴和机械式离合器左半边相连，这么，就使轴和左半边相连离合器转动。在右半边为一电磁制动器，制动器左半边和离合器右半边相连，而且经过盘和上臂相连。这时，当电磁铁通电时，制动器吸合，这时离合器也分开。这么，上臂就停止在所要求位置上了。当电磁铁失电时，因为弹簧力作用，把制动器推开，同时离合器在弹簧力作用下自动啮合，手臂恢复原有运动。 注：机械手臂运动范围手其结构限制，在手臂运动抵达结构位置之前，必需使其自动停止。机械手臂运动机械位置是相关节处牙嵌离合齿上突起部分而定。手臂在极限位置自动停止，反向运行条件完全是靠离合齿上凸起部分和滑块接触实现。为了使离合齿轮能顺利脱开和啮合，对离合齿上凸起部分斜面升角arctg。只有满足这个条件，离合齿上凸起部分斜面和滑块在滑动时才不会发生自锁。这么手臂才能自动停止和反向动作！ 方案二 此方案在臂关节结构设计上和方案一有所不一样。这里设计成中心轴不转动。改在同时带轮处装两个轴承。这么，带轮可自由转动，而不会影响轴，且把离合器左半边加工在带轮上，这么，不仅能够缩小空间，而且能够提升强度。其它和方案一相同。关键词：机械手臂；极限位置；啮合；第一章 序言1.1. 工业机械手概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置组成，是一个仿人操作，自动控制、可反复编程、能在三维空间完成多种作业机电一体化自动化生产设备。尤其适合于多品种、变批量柔性生产。它对稳定、提升产品质量，提升生产效率，改善劳动条件和产品快速更新换代起着十分关键作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成高新技术，是现代研究十分活跃，应用日益广泛领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平关键标志。机器人并不是在简单意义上替换人工劳动，而是综合了人专长和机器专长一个拟人电子机械装置，现有些人对环境状态快速反应和分析判定能力，又有机器可长时间连续工作、正确度高、抗恶劣环境能力，从某种意义上说它也是机器进化过程产物，它是工业和非产业界关键生产和服务性设各，也是优异制造技术领域不可缺乏自动化设备.机械手是模拟着人手部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手能够提升生产自动化水平和劳动生产率:能够减轻劳动强度、确保产品质量、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环境中，它替换人进行正常工作，意义更为重大。所以，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配和轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛引用.机械手结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床上下料装置，是隶属于该机床专用机械手。伴随工业技术发展，制成了能够独立按程序控制实现反复操作，适用范围比较广“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。因为通用机械手能很快改变工作程序，适应性较强，所以它在不停变换生产品种中小批量生产中取得广泛引用。1.2 .机械手组成和分类1.2.1.机械手组成机械手关键由实施机构、驱动系统、控制系统和位置检测装置等所组成。各系统相互之间关系如方框图2-1所表示。机械手组成方框图:1-1(一)实施机构包含手部、手腕、手臂和立柱等部件，有还增设行走机构。1、手部:即和物件接触部件。因为和物件接触形式不一样，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采取夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所组成。手指是和物件直接接触构件，常见手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造轻易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径改变不影响其轴心位置，所以适宜夹持直径改变范围大工件。手指结构取决于被抓取物件表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件重量及尺寸。常见指形有平面、V形面和曲面:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则经过手指产生夹紧力来完成夹放物件任务。传力机构型式较多时常见有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2、手腕:是连接手部和手臂部件，并可用来调整被抓取物件方位(即姿势)3、手臂:手臂是支承被抓物件、手部、手腕关键部件。手臂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位置.工业机械手手臂通常由驱动手臂运动部件(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)和驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂多种运动。4、立柱:立柱是支承手臂部件，立柱也能够是手臂一部分，手臂回转运动和升降(或俯仰)运动均和立柱有亲密联络。机械手立I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操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手整机运动。滚轮式布为有轨和无轨两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6、机座:机座是机械手基础部分，机械手实施机构各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接作用。(一)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手实施机构运动动力装置调整装置和辅助装置组成。常见驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按要求要求运动系统。现在工业机械手控制系统通常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，它支配着机械手按要求程序运动，并记忆大家给机械手指令信息(如动作次序、运动轨迹、运动速度立即间)，同时按其控制系统信息对实施机构发出指令，必需时可对机械手动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(二)控制系统控制系统是支配着工业机械手按要求要求运动系统。现在工业机械手控制系统通常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，它支配着机械手按要求程序运动，并记忆大家给机械手指令信息(如动作次序、运动轨迹、运动速度立即间)，同时按其控制系统信息对实施机构发出指令，必需时可对机械手动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。1.2.2 .机械手分类工业机械手种类很多，相关分类问题，现在在中国尚无统一分类标准，在此暂按使用范围、驱动方法和控制系统等进行分类。(一)按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1、专用机械手它是隶属于主机、含有固定程序而无独立控制系统机械装置。专用机械手含有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适适用于大批量自动化生产自动换刀机械手，如自动机床、自动线上、下料机械手和加工中心。2、通用机械手它是一个含有独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。在性能范围内，其动作程序是可变，经过调整可在不一样场所使用，驱动系统和控制系统是独立。通用机械手工作范围大、定位精度高、通用性强，适适用于不停变换生产品种中小批量自动化生产。通用机械手按其控制订位方法不一样可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制订位，只能是点位控制，伺服型能够是点位，也能够实现连续控制，伺服型含有伺服系统定位控制系统，通常伺服型通用机械手属于数控类型。(二)按驱动方法分1、液压传动机械手是以液压压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是:抓重可达几百千克以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油泄漏对机械手工作性能有很大影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采取电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手通用性扩大，不过电液伺服阀制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作快速，结构简单，成本低。不过，因为空气含有可压缩特征，工作速度稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重通常在30千克以下，在一样抓重条件下它比液压机械手结构大，所以适适用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动机械手。它是一个隶属于工作主机专用机械手，其动力是由工作机械传输。它关键特点是运动正确可靠，用于工作主机上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。4、电力传动机械手即有特殊结构感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动实施机构运动械手，因为不需要中间转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手运动速度快和行程长，维护和使用方便。这类机械手现在还不多，但有发展前途。(三)按控制方法分1、点位控制它运动为空间点到点之间移动，只能控制运动过程中多个点位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制点数多，则肯定增加电气控制系统复杂性。现在使用专用和通用工业机械手均属于这类。2、连续轨迹控制它运动轨迹为空间任意连续曲线，其特点是设定点为无限，整个移动过程处于控制之下，能够实现平稳和正确运动，而且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手通常采取小型计算机进行控制。第二章 机械手设计方案对气动机械手基础要求是能快速、正确地拾-放和搬运物件，这就要求它们含有高精度、快速反应、一定承载能力、足够工作空间和灵活自由度及在任意位置全部能自动定位等特征。设计气动机械手标准是:充足分析作业对象(工件)作业技术要求，确定最合理作业工序和工艺，并满足系统功效要求和环境条件;明确工件结构形状和材料特征，定位精度要求，抓取、搬运时受力特征、尺寸和质量参数等，从而深入确定对机械手结构及运行控制要求;尽可能选择定型标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.此次设计机械手是通用气动上下料机械手，是一个适合于成批或中、小批生产、能够改变动作程序自动搬运或操作设备，劳动强度大和操作单调频繁生产场所。也可用于操作环境恶劣生产场所。2.1机械手坐标型式和自由度按机械手手臂不一样运动形式及其组合情况，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。因为本机械手在上下料时手臂含有升降、收缩及回转运动，所以，采取圆柱座标型式。对应机械手含有三个自由度，为了填补升降运动行程较小缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动自由度图2-1 机械手运动示意图2.2 .机械手手部结构方案设计为了使机械手通用性更强，把机械手手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。2.3 .机械手手腕结构方案设计考虑到机械手通用性，同时因为被抓取工件是水平放置，所以手腕必需设有回转运动才可满足工作要求。所以，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动机构为回转气缸。2.4 .机械手手臂结构方案设计根据抓取工件要求，本机械手手臂有三个自由度，即手臂伸缩、左右回转和降(或俯仰)运动。手臂回转和升降运动是经过立柱来实现，立柱横向移动即为手臂横移。手臂多种运动由气缸来实现。2.5 .机械手驱动方案设计因为气压传动系统动作快速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉所以本机械手采取气压传动方法。2.6 .机械手控制方案设计考虑到机械手通用性，同时使用点位控制，所以我们采取可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手动作步骤改变时，只需改变PLC程序即可实现，很方便快捷。2.7 .机械手关键参数2.7.1.机械手最大抓重是其规格主参数，因为是采取气动方法驱动，所以考虑抓取物体不应该太重，查阅相关机械手设计参数，结合工业生产实际情况，本设计设计抓取工件质量为5千克2.7.2.基础参数运动速度是机械手关键基础参数。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使用范围。而影响机械手动作快慢关键原因是手臂伸缩及回转速度。该机械手最大移动速度设计为。最大回转速度设计为。平均移动速度为。平均回转速度为。机械手动作时有开启、停止过程加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特征较为全方面，因为平均速度和行程相关，故用平均速度表示速度快慢更为符合速度特征。除了运动速度以外，手臂设计基础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空间。过大伸缩行程和工作半径，肯定带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采取自动传送装置为好。依据统计和比较，该机械手手臂伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为。手臂升降行程定为。定位精度也是基础参数之一。该机械手定位精度为。2.8. 机械手技术参数列表一、用途:用于自动输送线上下料。二、设计技术参数:1、抓重:2、自由度数:4个自由度3、坐标型式:圆柱坐标4、最大工作半径:5、手臂最大中心高:6、手臂运动参数: 伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度 7、手腕运动参数: 回转范围 回转速度8、手指夹持范围:棒料:9、定位方法:行程开关或可调机械挡块等10、定位精度:11、驱动方法:气压传动12、控制方法:机械手臂剖视图图2-6第三章 手部结构设计为了使机械手通用性更强，把机械手手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部:假如有实际需要，还能够换成气压吸盘式结构: 3.1夹持式手部结构夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。 3.1.1手指形状和分类夹持式是最常见一个，其中常见有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模拟人手手指动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基础型式。当二支点回转型手指两个回转支点距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造轻易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径改变零件时不影响其轴心位置，能适应不一样直径工件。3.1.2设计时考虑多个问题(一)含有足够握力(即夹紧力)在确定手指握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生惯性力和振动，以确保工件不致产生松动或脱落。(二)手指间应含有一定开闭角两手指张开和闭合两个极限位置所夹角度称为手指开闭角。手指开闭角应确保工件能顺利进入或脱开，若夹持不一样直径工件，应按最大直径工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度要求。(三)确保工件正确定位为使手指和被夹持工件保持正确相对位置，必需依据被抓取工件形状，选择对应手指形状。比如圆柱形工件采取带“V”形面手指，方便自动定心。(四)含有足够强度和刚度手指除受到被夹持工件反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生惯性力和振动影响，要求有足够强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽可能使结构简单紧凑，自重轻，并使手部中心在手腕回转轴线上，以使手腕扭转力矩最小为佳。(五)考虑被抓取对象要求依据机械手工作需要，经过比较，我们采取机械手手部结构是一支点 两指回转型，因为工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所表示。3.1.3手部夹紧气缸设计3.1.3.1、手部驱动力计算本课题气动机械手手部结构图3-2所表示， 图3-2 齿轮齿条式手部其工件重量G=5千克，V形手指角度，,摩擦系数为 (1)依据手部结构传动示意图，其驱动力为:(2)依据手指夹持工件方位，可得握力计算公式:所以(3)实际驱动力: I,因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工件最大加速度取时，则:所以 所以夹持工件时所需夹紧气缸驱动力为。3.1.3.2、气缸直径本气缸属于单向作用气缸。依据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上输出推力必需克服弹簧反作用力和活塞杆工作时总阻力，其公式为:式中: - 活塞杆上推力，N - 弹簧反作用力，N- 气缸工作时总阻力，N- 气缸工作压力，Pa弹簧反作用按下式计算:= 式中:- 弹簧刚度，N/m- 弹簧预压缩量，m- 活塞行程，m- 弹簧钢丝直径，m- 弹簧平均直径，.- 弹簧有效圈数.- 弹簧材料剪切模量，通常取在设计中，必需考虑负载率影响，则:由以上分析得单向作用气缸直径:代入相关数据，可得 所以:查相关手册圆整，得由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径校核，按公式有:其中，则:满足实际设计要求。3.1.3.3、缸筒壁厚设计缸筒直接承受压缩空气压力，必需有一定厚度。通常气缸缸筒壁厚和内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:式中:6- 缸筒壁厚，mm- 气缸内径，mm- 试验压力，取, Pa材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:第四章 手腕结构设计考虑到机械手通用性，同时因为被抓取工件是水平放置，所以手腕必需设有回转运动才可满足工作要求。所以，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动机构为回转气缸。4.1 手腕自由度手腕是连接手部和手臂部件，它作用是调整或改变工件方位，所以它含有独立自由度，以使机械手适应复杂动作要求。手腕自由度选择和机械手通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等很多原因相关。因为本机械手抓取工件是水平放置，同时考虑到通用性，所以给手腕设一绕x轴转动回转运动才可满足工作要求现在实现手腕回转运动机构，应用最多为回转油(气)缸，所以我们选择回转气缸。它结构紧凑，但回转角度小于，而且要求严格密封。4. 2手腕驱动力矩计算4.2.1手腕转动时所需驱动力矩手腕回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时驱动力矩必需克服手腕起动时所产生惯性力矩，手腕转动轴和支承孔处摩擦阻力矩，动片和缸径、定片、端盖等处密封装置摩擦阻力矩和因为转动件中心和转动轴线不重合所产生偏重力矩.图4-1所表示为手腕受力示意图。1.工件2.手部3.手腕图4-1手碗回转时受力状态手腕转动时所需驱动力矩可按下式计算: 式中: - 驱动手腕转动驱动力矩();- 惯性力矩();- 参与转动零部件重量(包含工件、手部、手腕回转缸动片)对转动轴线所产生偏重力矩().,; - 手腕回转缸动片和定片、缸径、端盖等处密封装置摩擦阻力矩();下面以图4-1所表示手腕受力情况，分析各阻力矩计算:1、手腕加速运动时所产生惯性力矩M悦若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时角速度为，起动过程所用时间为，则: 式中:- 参与手腕转动部件对转动轴线转动惯量;- 工件对手腕转动轴线转动惯量。若工件中心和转动轴线不重合，其转动惯量为:式中: - 工件对过重心轴线转动惯量:- 工件重量(N);- 工件重心到转动轴线偏心距(cm), - 手腕转动时角速度(弧度/s);- 起动过程所需时间(s); 起动过程所转过角度(弧度)。2、手腕转动件和工件偏重对转动轴线所产生偏重力矩M偏 + ()式中: - 手腕转动件重量(N);- 手腕转动件重心到转动轴线偏心距(cm)当工件重心和手腕转动轴线重合时，则.3、手腕转动轴在轴颈处摩擦阻力矩 ()式中: ，- 转动轴轴颈直径(cm);- 摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承;,- 处支承反力(N)，可按手腕转动轴受力分析求解，依据,得:同理，依据(F),得:式中:- 重量(N), 图4-1所表示长度尺寸(cm).4、转缸动片和缸径、定片、端盖等处密封装置摩擦阻力矩M封，和选择密衬装置类型相关，应依据具体情况加以分析。4.2.2回转气缸驱动力矩计算在机械手手腕回转运动中所采取回转缸是单叶片回转气缸，它原理图4-2所表示，定片1和缸体2固连，动片3和回转轴5固连。动片封圈4把气腔分隔成两个.当压缩气体从孔a进入时，推进输出轴作逆时4回转，则低压腔气从b孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶气缸压力P驱动力矩M关系为:, 或 第五章 手臂伸缩、升降、回转气缸尺寸设计和校核5.1手臂伸缩气缸尺寸设计和校核5.1.1 手臂伸缩气缸尺寸设计手臂伸缩气缸采取标准气缸，参看多种型号结构特点，尺寸参数，结合本设计实际要求，气缸用CTA型气缸，尺寸系列初选内径为100/63：5.1.2 尺寸校核 1.在校核尺寸时，只需校核气缸内径=63mm,半径R=31.5mm气缸尺寸满足使用要求即可,设计使用压强, 则驱动力： 测定手腕质量为50kg,设计加速度，则惯性力 2.考虑活塞等摩擦力，设定摩擦系数, 总受力 所以标准CTA气缸尺寸符合实际使用驱动力要求要求。5.1.3.导向装置气压驱动机械手臂在进行伸缩运动时，为了预防手臂绕轴线转动，以确保手指正确方向，并使活塞杆不受较大弯曲力矩作用，以增加手臂刚性，在设计手臂结构时，应该采取导向装置。具体安装形式应该依据本设计具体结构和抓取物体重量等原因来确定，同时在结构设计和布局上应该尽可能降低运动部件重量和降低对回转中心惯量。 导向杆现在常采取装置有单导向杆，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刚性和导向性。5.1.4 平衡装置 在本设计中，为了使手臂两端能够尽可能靠近重力矩平衡状态，降低手抓一侧重力矩对性能影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块质量依据抓取物体重量和气缸运行参数视具体情况加以调整，务求使两端尽可能靠近平衡。5.2、 手臂升降气缸尺寸设计和校核5.2.1 尺寸设计气缸运行长度设计为=118mm,气缸内径为=110mm,半径R=55mm,气缸运行速度，加速度时间=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力 5.2.2 尺寸校核1测定手腕质量为80kg,则重力 1， 设计加速度，则惯性力 3. 考虑活塞等摩擦力，设定一摩擦系数， 总受力 所以设计尺寸符合实际使用要求。5.3 手臂回转气缸尺寸设计和校核 5.3.1 尺寸设计气缸长度设计为,气缸内径为,半径R=105mm,轴径半径,气缸运行角速度=，加速度时间0.5s,压强, 则力矩： 5.3.2 尺寸校核1测定参与手臂转动部件质量,分析部件质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径圆盘上，那么转动惯量： （） 考虑轴承，油封之间摩擦力，设定摩擦系数, 总驱动力矩 设计尺寸满足使用要求。第六章 机械手PLC控制设计考虑到机械手通用性，同时使用点位控制，所以我们采取可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手动作步骤改变时，只需改变PLC程序即可实现，很方便快捷。6. 1可编程序控制器选择及工作过程6.1.1 可编程序控制器选择现在，国际上生产可编程序控制器厂家很多，如日本三菱企业F系列PC,德国西门子企业SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)企业C型、P型PC等。考虑到本机械手输入输出点不多，工作步骤较简单，同时考虑到制造成本，所以在此次设计中选择了OMRON企业C28P型可编程序控制器。6.1.2 可编程序控制器工作过程可编程序控制器是经过实施用户程序来完成多种不一样控制任务。为此采取了循环扫描工作方法。具体工作过程可分为4个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器输入端子不是直接和主机相连，CPU对输入输出状态问询是针对输入输出状态暂存器而言。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息存放区。其中存放输入状态信息存放器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息存放器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊疗。当确定其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将取得各个输入端子状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号改变影响，所以不能造成运算结果混乱，确保了本周期内用户程序正确实施。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并依据各I/0状态和相关指令进行运算和处理，最终将结果写入I/0状态表输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。段CPU对用户程序已扫描处理完成，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行多种对应动作。然后，CPU又返回实施下一个循环扫描周期。6.2 机械手可编程序控制器控制方案第七章 结论1、此次设计是气动通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手自由度可变，控制程序可调，所以适用面更广。2、采取气压传动，动作快速，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，不会因环境改变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。3、经过对气压传动系统工作原理图参数化绘制，大大提升了绘图速度，节省了大量时间和避免了无须要反复劳动，同时做到了图纸统一规范。4、机械手采取PLC控制，含有可靠性高、改变程序灵活等优点，不管是进行时间控制还是行程控制或混合控制，全部可经过设定PLC程序来实现。能够依据机械手动作次序修改程序，使机械手通用性更强。参考文件1 张建民. 工业机器人.北京:北京理工大学出版社，2 蔡自兴. 机器人学发展趋势和发展战略.机器人技术，3 金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术和应用，4 王雄耀. 近代气动机器人(气动机械手)发展及应用.液压气动和密封，5 严学高， 孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，6 机械设计师手册.北京:机械工业出版社，7 黄锡恺， 郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，8 成大先. 机械设计图册.北京:化学工业出版社 9 郑洪生. 气压传动及控制.北京:机械工业出版社，10 吴振顺 .气压传动和控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，11 徐永生 .气压传动.北京:机械工业出版社，12傅祥志， 机械原理（第二版），武汉：华中科技大学出版社，13吴昌林，机械设计（第二版），武汉：华中科技大学出版社，14徐钢涛，机械设计基础，北京：高等教育出版社，致 谢此次设计是在我尊敬导师老师悉心指导下完成。老师严谨治学态度和精益求精工作作风使我受益匪浅。在此，我首先向导师表示真挚感谢，并致以高尚敬意! 此次毕业设计是学习三年间所学知识综合利用，经过这次设计把这三年所学基础理论和专业课程作了一个总结和回顾，加深了对理论了解，能够掌握机械设计全套思绪，为立即走上工作岗位和以后发展打下了一定基础。在设计过程中，我查阅了大量图书资料和网络