气动机械手设计

气动机械手设计气动机械手设计Page 2LOGO总体设计方案和气动回路的设计内容气动机械手的机械结构设计气动机械手的机械结构设计结论结论目录Page 3LOGO课题本课题是一个用于传送带上轻型平动搬运机械手的设计。本设计主要任务是完成机械手的结构方面设计，以及气动回路的设计。在本章中对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。因此，在机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务。Page 4Page 51.2 驱动机构的选择驱动机构是工业机械手的重要组成部分,工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。气动机械手因为结构简单、成本低廉、重量轻、动作迅速、平稳、安全、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用在生产自动化的各个行业。因此，机械手的驱动方案选择气压驱动。Page 61.3 机械手的技术参数列表一、用途：车间皮带机之间的搬运二、设计技术参数：1、抓重：2Kg(夹持式手部)2、自由度数：3个自由度3、坐标型式：圆柱坐标4、最大工作半径：335mm5、机身最大中心高：415mm6、主要运动参数：手臂伸缩行程：200mm 手臂伸缩速度：200mm/s机身升降行程：100mm 机身升降速度：100mm/sPage 71.4 气动回路的设计主轴气缸Page 82.1.1末端执行器的运动和驱动方式末端执行器即机械手手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。机械手夹持器（手爪）的驱动方式主要有三种 1.气动驱动方式 2.电动驱动方式 3.液压驱动方式Page 92.1.2末端执行器的典型结构1.楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松开和夹紧，来实现抓取工件。2.滑槽式手爪 当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。3.连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。4.齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。5.平行杠杆式手爪采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。Page 102.1.3末端执行器的具体设计图图3-1平行开闭型气爪结构原理图平行开闭型气爪结构原理图1-活塞杆活塞杆2-杠杆杠杆3-钢球钢球4-手指手指5-导轨导轨6-止动块止动块7-定位销定位销8-杠杆轴杠杆轴Page 11气动手抓参数气动手抓参数Page 122.2.1 机械手手臂的设计要求在进行机械手手臂设计时，要遵循下述原则：1.应尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行，相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。2.机械手手臂的结构尺寸应满足机械手工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机械手手臂末端工作空间并没有考虑机械手手腕的空间姿态要求，如果对机械手手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。3.机械手手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。Page 132.2.2机械手手臂的具体设计方案（1）双导杆手臂伸缩机构。（2）手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；复合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层气缸空心结构。（3）双活塞杆气缸结构。（4）活塞杆和齿轮齿条机构。Page 14在本气动机械手中，直线和旋转模块均可采用气缸驱动，气动机械手在本气动机械手中，直线和旋转模块均可采用气缸驱动，气动机械手所能执行的运动示意图如图所能执行的运动示意图如图3-3所示。所示。图图3-3机械手运动示意图机械手运动示意图机械部分示意总图Page 152.2.3伸缩手臂的设计图图3-4新薄型带导杆气缸新薄型带导杆气缸根据本机械手的设计技术参数，伸缩手臂的行程为根据本机械手的设计技术参数，伸缩手臂的行程为200mm，气，气爪抓重约为爪抓重约为2Kg，加上末端执行器（气爪）和连接板的重量，总，加上末端执行器（气爪）和连接板的重量，总质量约为质量约为3Kg，由此，伸缩手臂的最大横向负载，由此，伸缩手臂的最大横向负载F=mg=39.8=29.4N。Page 16双导杆气缸参数Page 17电磁阀选择SMCPage 182.2.4 升降手臂的设计（1）手臂置于升降手臂之下的结构。（2）手臂转臂置于升降手臂之上的结构。（3）活塞缸和齿条齿轮机构。Page 19Page 20机械总装图Page 21PLC控制考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。我们采用的是三菱GX works2系列PLC.Page 22端口控制表4.5.2 系统输入/输出分布表 输入 输出X0 金属接近开关 Y0YA1右旋电磁阀 Y1YA2左旋电磁阀 Y2YA3手臂伸长电磁阀 Y3YA4手臂收缩电磁阀 Y4YA5上升电磁阀 Y5YA6下降电磁阀 Y6YA7手腕右转电磁阀 Y7KA1手腕左转电磁阀Page 23程序图Page 24Page 25Page 26Page 27機械手運動剪影Page 28 结论本文所设计的气动机械手结构比较简单，功能比较简单，设计比较合理，能够满足部分不同形状的工件的转移、夹取、安装等功能，方便快捷。其设计主要考虑以下几个方面：（1）机械手气动回路设计选用合适的气动元件，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。（2）末端执行器的设计末端执行器采用平行开闭型气爪，结构简单，直接采用成品材料。针对实际的要求，可以换用其他各种末端执行器，对不同种类的工件实现夹取、转移、安装。（3）机械手手臂的设计将旋转气缸安装在底板上，实现机械手的回转运动，使机械手向左或向右摆动。机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制，即以最简单的形式，在两个位置（完全伸出和回缩位置）之间进行切换。由于个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正，不胜感谢！Thank You!Thank You!结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！30