分 類 號(hào) TH6 密 級(jí) 公開(kāi) 寧寧波大紅鷹學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )無(wú) 心 外 圓 磨 床 自 動(dòng) 上 料 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)所 在 學(xué) 院 機(jī) 械 與 電 氣 工 程 學(xué) 院專 業(yè) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 老 師年 3 月 30 日誠(chéng) 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文《無(wú) 心 外 圓 磨 床 自 動(dòng) 上 料機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 》均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。承諾人（簽名）： 年 月 日摘 要自 動(dòng) 送 料 機(jī) 構(gòu) 是 工 業(yè) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 中 傳 統(tǒng) 的 任 務(wù) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ， 是 機(jī) 器 人 的 關(guān) 鍵 部 件之一。 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿 、 滑 桿 、 等機(jī)械器件組成； 電氣方面有交流 電機(jī)、 變頻器、 傳感器、 等電子器件組成 。 該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù) ， 位置 控制技術(shù)、 檢測(cè)技術(shù) 等 ， 是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一 。 本文介紹的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)是由 PLC輸出三路脈沖 ， 分別驅(qū)動(dòng)橫軸 、 豎軸變頻器， 控制自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)橫軸和豎軸的 精確定位， 微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給 PLC主機(jī)； 位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋給 PLC 主機(jī)， 通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)手爪的張合 ， 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)精確運(yùn) 動(dòng)的功能。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣 ， 可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)， 并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的 要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)送料機(jī)構(gòu), 交流電機(jī)，PLC，流程，參數(shù)IAbstractManipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision,micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters.Key Words: Manipulator , AC motor, PLC, signal, relevant parametersII目 錄摘 要 .IAbstract II目 錄 .III第 1 章 緒論 .11.1 課題背景及目的 .11.2 機(jī)器人的定義與發(fā)展?fàn)顩r .11.2.1 定義 11.2.2 機(jī)器人的發(fā)展 .21.3 課題研究意義 .2第 2 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)介紹分析 .42.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu) .42.2 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的組成 .42.3 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 .42.4 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的分類 .5第 3 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型 .73.1 原始數(shù)據(jù)及資料 .73.2 料槽形式及分析動(dòng)作要求 .73.2.1 形式 73.2.2 動(dòng)作要求分析 83.3 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 .8第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì) .94.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .94.1.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 94.1.2 拉緊裝置 104.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 .134.2.2 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15III4.3 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .174.4 手部抓取缸 .184.5 腕部擺動(dòng)氣壓回路 .194.6 小臂伸縮缸氣壓回路 .204.7 總體系統(tǒng)圖 .214.8 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .224.8.1 電機(jī)的選擇 .234.8.2 減速器的選擇 .234.8.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 244.8.4 機(jī)座的機(jī)械結(jié)構(gòu) 254.9 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的定位及平穩(wěn)性確定 .274.9.1 常用的定位方式 274.9.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 274.9.3 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 28總結(jié)與展望 .30參考文獻(xiàn) .31致 謝 .32寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論1.1 課題背景及目的畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)在校學(xué)習(xí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)四年大學(xué)學(xué)習(xí)的繼續(xù)深化和檢驗(yàn)，即有實(shí)踐性又有綜合性，是其他單一課程所不能替代的，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)更能提高綜合訓(xùn)練能力，為即將走向工作崗位，提高實(shí)際工作能力起到十分重要的作用。以達(dá)到如下目的：（1）綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（2）接受工程師必須的綜合訓(xùn)練，提高實(shí)際工作能力。如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料并進(jìn)行分析的能力；制訂設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力；設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫(xiě)論文的能力。（3）檢驗(yàn)綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力。1.2 機(jī)器人的定義與發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 定義目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人作如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具 [1]。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。工業(yè)機(jī)器人是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，第 1 章 緒論1實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有 30 多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力 [2]。根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，工業(yè)機(jī)器人具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，如抓取功能或移動(dòng)功能，或兩者兼有之，另外還可能程度不等的具有某些環(huán)境感知功能（如視覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等） 。以及語(yǔ)音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。在工業(yè)機(jī)器人的諸多功能中，抓取和移動(dòng)是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開(kāi)的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用液壓缸實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)以及對(duì)零件的抓取。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1.2.2 機(jī)器人的發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代：第一代工業(yè)機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人。它具有尋力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從 1980 年開(kāi)始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺(jué)、視覺(jué)等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用 [2-4]。1.3 課題研究意義(1)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2(2)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。(3)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。(4)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。第 2 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)介紹分析3第 2 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)介紹分析2.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，顧名思義，是指能模仿人手的部分動(dòng)作，用以完成某些抓放，搬運(yùn)物件或操縱工具等工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)通常用附屬于它所服務(wù)的設(shè)備，動(dòng)作程序固定，多數(shù)沒(méi)有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其控制裝置包括在主機(jī)的控制系統(tǒng)（不包括工業(yè)機(jī)器人） 。 2.2 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的組成執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。手部是夾緊（或吸附、托持）與松開(kāi)工件或工具 的部件，由手指（或吸盤(pán)） ，驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件等組成。腕部、臂部、機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)臂部、腕部、手部和自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力裝置，常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓、氣動(dòng)、機(jī)械、電氣或其他的組合?？刂葡到y(tǒng)是支配自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的裝置，他們主要用來(lái)控制：位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制） 、時(shí)間、速度和加速度等參數(shù)。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系 [3]。2.3 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的應(yīng)用按自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)布局形式分可分為：架空式自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、附機(jī)式自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、落地式自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)三種。此外，還有安裝在自動(dòng)線料道上或料道旁，實(shí)現(xiàn)工件上、下料、傳遞轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)向等用途的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，他們具有運(yùn)動(dòng)單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置靈活及精度一般要求較低的特點(diǎn)。 自 動(dòng) 送 料 機(jī) 構(gòu) 通 常 用 作 機(jī) 床 或 其 他 機(jī) 器 的 附 加 裝 置 ， 如 在 自 動(dòng) 機(jī) 床 或 自 動(dòng) 生 產(chǎn)線 上 裝 卸 和 傳 遞 工 件 ， 在 加 工 中 心 中 更 換 刀 具 等 ， 一 般 沒(méi) 有 獨(dú) 立 的 控 制 裝 置 [3]。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）42.4 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的分類(1)根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，工業(yè)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)可分為以下三類：(a)承擔(dān)搬運(yùn)工作的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：這種自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。(b)生產(chǎn)工業(yè)用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。(c)通用工業(yè)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè) [9]。(2)按功能分類:(a)專用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作少，工作對(duì)象單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床，自動(dòng)線的上、下料自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)。(b)通用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：又稱工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。(c)示教再現(xiàn)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：采用示教法編程的通用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)。所謂示教，即由人通過(guò)手動(dòng)控制， “拎著”自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)做一遍操作示范，完成全部動(dòng)作后，其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。(3)按驅(qū)動(dòng)方式分：(a)氣力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有 0.6Mpa 左右，適宜抓舉力較小的場(chǎng)合。(b)液力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(c)電力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：無(wú)環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低，驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(d)新型驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動(dòng)器，壓電驅(qū)動(dòng)器，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等(4)按控制方式分:第 2 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)介紹分析5(a)固定程序自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。(b)可編程序自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變 [9]。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6第 3 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型3.1 原始數(shù)據(jù)及資料1．陶瓷插芯加工材料：氧化鋯（ZrO2）, 尺寸：毛胚外徑 2.56mm,內(nèi)孔 0.02mm,長(zhǎng)度 10.5mm。2．陶瓷插芯同心度(內(nèi)孔與外徑)1 微米。3．砂輪：金剛石砂輪，線速度 50 米／秒。4．裝料內(nèi)孔定位，裝料用氣動(dòng)形式,裝料速度 6 只/min。3.2 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)形式及分析動(dòng)作要求3.2.1 機(jī)構(gòu)形式圖 2.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)圖第 3 章 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案選型73.2.2 動(dòng)作要求分析動(dòng)作一：送 料動(dòng)作二：預(yù)夾緊動(dòng)作三：手臂上升動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn)預(yù)夾緊手臂上升手臂旋轉(zhuǎn)手臂伸長(zhǎng)手臂轉(zhuǎn)回 手腕旋轉(zhuǎn)圖 2.2 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)動(dòng)作簡(jiǎn)易圖3.3 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)為通用型的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式手部設(shè)計(jì)方案。手部部分由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。其他部分則按照一般工業(yè)生產(chǎn)所采用的通用形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)用于手臂的伸縮和自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的夾取和翻轉(zhuǎn) [3]。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)4.1 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算a．有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。b．有足夠的開(kāi)閉范圍夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱為開(kāi)閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖 4.1 所示。圖 4.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)工作示例簡(jiǎn)圖第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)9c．力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。d．手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度因此送料，夾緊自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。4.1.2 拉緊裝置如圖 4.2 所示：氣缸右腔停止進(jìn)氣時(shí)，彈簧力夾緊工件，氣缸右腔進(jìn)氣時(shí)松開(kāi)工件。圖 4.2 氣缸示意圖(a)右腔推力為（4.1）PDF2p4??32105.?=4908.7N(b)根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10（4.3）??,21cosabNF，???其中 N′ =4?98N=392N，帶入公式 4.2 得：,21csa，= ??390o52?=1764N則實(shí)際加緊力為 （4.3）?211KPF?實(shí) 際 N3485.0764?經(jīng)圓整 F1=3500N由公式 得：bp2acos，， ??Na=50.5 mmb=72 mm(c)計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng) L,即（4.4）2tg?DL?=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm(d)確定“V”型鉗爪的 L、 β [3]。取 （4.5）3cp?R式中： （4.6）5042P由公式（4.5） （4.6）得： L=3Rcp=150取“V”型鉗口的夾角 2α =120o，則偏轉(zhuǎn)角 β 按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定，查表得：β =22o39′第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)11(5)機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度）(a)伸縮運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(b)上升運(yùn)動(dòng) Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(c)下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(d)回轉(zhuǎn) maxW =90o/sin=30o/s所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度 V=60mm/s (6)手部右腔流量 SVQ?（4.7）=60 2r?=60×3.14×252=1177.5mm3/s(7)手部工作壓強(qiáng)（4.8）SFP1?= pa78.596230M如圖所示：圖 4.3 尺寸示意圖寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）124.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)±90o角速度 ?=45o/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 5kg，長(zhǎng)度l =650mm。如圖 4.4 所示。圖 4.4 腕部受力簡(jiǎn)圖(1)計(jì)算扭矩 1?[4]設(shè)重力集中于離手指中心 200mm 處，即扭矩 1?為：SF??1 （4.9）=5×9.8×0.2=19.6（N·M）(2)氣缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 2 [4]F =5kg S =10cm帶入公式 2.9 得???2=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） (3)擺動(dòng)缸的摩擦力矩 摩 [4]摩F=300（N ） （估算值）工件第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)13S=20mm （估算值）摩?= 摩F×S =6（N·M）(4)擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 [4]= 1+ 2+ 摩 （4.10）=30.5（N·M） (5)由公式（4.11）??810-b62m1????APT其中： b—葉片密度，這里取 b=3cm；1A?—擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取 1A=10cm；m—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取 m?=3cm。所以代入（4.11）公式 ??6210-b8???ATP=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因?yàn)???b82m1???AQW所以 821A= ??03-02??=0.27×10-4m3/s=27ml/s4.2.2 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂是自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14在空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了 [5]。手臂的伸縮速度為 200m/s行程 L=500mm(1)手臂右腔流量，公式（4.7）得： SVQ?=200×π ×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s(2)手臂右腔工作壓力，公式（4.8） 得：（4.12）SFP?式中： F ——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F =10+20=30kg， 摩F=1000N。所以代入公式（3.12）得： SFP摩??= 24018.93??=0.26Mpa(3)繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如表 4.1 所示：機(jī)構(gòu)名稱 工作速度 行程 工作壓力 流量第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)15表 4.1 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表(4)由初步計(jì)算選氣泵所需氣壓最高壓力 P =1.78Mpa所需氣壓最大流量 Q =1000ml/s選取 CB-D 型氣泵此泵工作壓力為 1Mpa，轉(zhuǎn)速為 1800r/min，工作流量 Q 在 32—70ml/r 之間，可以滿足需要。(5)驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：（4.13）??8106m21?????APDT（4.14）b21?AW式中： mH—機(jī)械效率?。? 0.85～0.9v—容積效率?。? 0.7～0.95所以代入公式（4.13）得： ??8105.03.1.08962????T=25.8（N·M）T M=30.5（N·M）代入公式（4.14）得： ??0310852786???W=0.673rad/s手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂伸縮60mm/s45°/s200mm/s25mm±90°500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16W π /4≈0.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)氣缸工作壓力 P =1Mpa流量 Q =35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力 1=2Mpa 流量 =120ml/s小臂伸縮缸工作壓力 2P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s4.3 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣壓控制室自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的一種主要的控制形式。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和操作室根據(jù)氣體的流量與壓力來(lái)確定，因而只要控制氣的流量和壓力，就可以控制自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度和操作力，氣壓壓力一般在 5—140 公斤/厘米范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá) 160 公斤以上。主要優(yōu)點(diǎn)：(1)氣壓執(zhí)行元件(馬達(dá)和氣缸)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，功率小。(2)可通過(guò)空氣帶走大量熱能，保證機(jī)械的正常運(yùn)行。(3)氣壓元件有直線位移式和旋轉(zhuǎn)式二種，適用范圍較廣，其控制速度的區(qū)間也比較寬。只要通過(guò)閥和泵的調(diào)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的控制系統(tǒng)。(4)響應(yīng)速度比較快，能高速啟動(dòng)，制動(dòng)和反向，無(wú)后滯現(xiàn)象。其力矩一慣量比也較大，因而其加速度能力較強(qiáng)。(5)氣壓元件于其他驅(qū)動(dòng)元件相比，剛度較大，位置誤差小，定位精度高，而且耐振動(dòng)等。缺點(diǎn):控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理功率訊號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算誤差，檢測(cè)，放大，測(cè)試和補(bǔ)償功能不如電子，機(jī)電裝置靈活簡(jiǎn)便 [4-6]。第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)174.4 手部抓取缸圖 4.5 手部抓取缸氣壓原理圖(1)手部抓取缸氣壓原理圖如圖 4.5 所示(2)泵的供氣壓力 P 取 1Mpa，流量 Q 取系統(tǒng)所需最大流量即 Q =1300ml/s。因此，需裝圖 4.1 中所示的調(diào)速閥，流量定為 7.2L/min，工作壓力 P=2Mpa。選取采用： 2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B 二位三通閥寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）184.5 腕部擺動(dòng)氣壓回路4圖 4.6 腕部擺動(dòng)氣壓回路(1)腕部擺動(dòng)缸氣壓原理圖如圖 4.6 所示(2)工作壓力: P=1Mpa流量: Q=35ml/s選取采用:2FRM5-20/102 調(diào)速閥34E1-10B 換向閥第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)194.6 小臂伸縮缸氣壓回路臂部伸縮缸 52圖 4.7 小臂伸縮缸氣壓回路(1)小臂伸縮缸氣壓原理圖如圖 4.7 所示(2)工作壓力: P =0.25Mpa流量: Q =1000ml/s選取采用： 2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B 二位三通閥寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）204.7 總體系統(tǒng)圖圖 4.8 總體系統(tǒng)圖(1)總體系統(tǒng)圖如圖 4.8 所示,(2)工作過(guò)程:小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松(3)電磁鐵動(dòng)作順序表:第 4 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計(jì)21表 4.2 總體系統(tǒng)圖元件動(dòng)作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸長(zhǎng)手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂收縮手部放松卸荷-----++++--±+---+±--+--±-----±(4)確電機(jī)規(guī)格：氣壓泵選取 CB-D 型氣泵，額定壓力 P =1Mpa，工作流量在 32～70ml/r 之間。選取80L/min 為額定流量的泵，因此：傳動(dòng)功率 （4.15）?QN??式中： η =0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式（4.15）得：8.061163??N=16.7KN選取電動(dòng)機(jī) JQZ-61-2 型電動(dòng)機(jī)，額定功率 17KW，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。4.8 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的總體布局。本課題自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求 [7-9]。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）224.8.1 電機(jī)的選擇機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)：初選上升速度 V =100mm/sP =6KW所以 轉(zhuǎn) /分106n??選擇 Y90S-4 型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為 I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ。如表 4.3 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表 4.3 Y90S-4 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號(hào) 額定功率 KW 電流 A 轉(zhuǎn)速r/min效率% 功率因素 額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.24.8.2 減速器的選擇減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。初選 WD80 型圓柱蝸桿減速器。WD 為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為 38siMnMo 調(diào)質(zhì)蝸輪的材料為 ZQA19-4中心矩 a=80