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1、 摘 要在当代工业中，生产过程机械化、自动化已成为突出主题。随着工业当代化进一步发展,自动化已经成为当代公司中重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同步，当代生产中，存在着各种各样生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中浮现一项新技术，是当代控制理论与工业生产自动化实践相结合产物，并以成为当代机械制造生产系统中一种重要构成某些。工业机械手是提高生产过程自动化、改进劳动条件、提高产品质量和生产效率有效手段之一。特别在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染场合，应用得更为广泛。在国内，近几
2、年来也有较快发展，并获得一定效果，受到机械工业和铁路工业部门注重。而气压传动机械手是以压缩空气压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是:介质来源极为以便，输出力小，气动动作迅速，构造简朴，成本低。但是，由于空气具备可压缩特性，工作速度稳定性较差，冲击大，并且气源压力较低，抓重普通在30公斤如下，在同样抓重条件下它比液压机械手构造大，因此合用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进行工作。气动技术有如下长处:(1)介质提取和解决以便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，解决以便，普通不需设立回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充问题.(2)阻力损失和泄漏较小，在压缩
3、空气输送过程中，阻力损失较小(普通不卜浇塞仅为油路千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，导致压力明显减少和严重污染。(3)动作迅速，反映敏捷。气动系统普通只需要0.02s-0.3s即可建立起所需压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因而，发生突然断电等状况时，机器及其工艺流程不致突然中断。(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，并且不会因温度变化影响传动及控制性能。(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因而减少了气动元、
4、辅件材质和加工精度规定，制造容易，成本较低。本课题拟开发物料搬运用气动机械手，机械手可以实当前X、Z 两个坐标方向上移动、绕Z轴回转，手部可以加快执行机构。控制方面，采用X-D图法设计了控制该机械手动作气动控制系统。这是一种开放气动控制系统平台。该气动机械手设计重要分为三个某些：总体方案设计，构造设计计算及元件选型和机械手气动控制系统设计。 由于时间仓促和个人水平限制，我设计存在着许多还没来得及解决问题，但愿广大教师、同窗可以予以批评指正并予以解决。 ABSTRACTIn modern industry，the production process mechanization and auto
5、mation has become a prominent theme. With the further development of industrial modernization，automation has become an important pillar of the modern enterprise，no shop，no production lines，etc.，have been everywhere. Meanwhile，modern production，there are a variety of production environments，such as h
6、igh temperature，radiation，toxic gases，harmful gases and underwater operations，and other occasions，the harsh production environment is not conducive to manual operation. Modern industrial robots are appearing in the field of automatic control of a new technology，modern control theory and practice of
7、industrial automation product of the combination，and to become a modern machinery manufacturing production systems is an important component. Industrial manipulator is to improve the production process automation，improve working conditions，improve product quality and production efficiency of the eff
8、ective means. Especially in the high-temperature，high pressure，dust，noise and pollution with radioactive and occasions，more widely applied. In China，recent years have The robot is a compressed air pressure drive the pressure to drive the robot actuator movement. Its main features are：the media is ve
9、ry convenient source，the output force is small，pneumatic and prompt action，simple structure and low cost. However，because air has compressible characteristics，operating speed is unstable，the impact of large and low pressure gas source，focus generally 30 kg weight，weight Tiaojian arrested under the s
10、ame hydraulic manipulator than the structure of large，So for high-speed，light load，high temperature and dusty work environment. Pneumatic technology has the following advantages：(1) media extraction and processing convenience. Low pressure pneumatic transmission work，the working medium extracted eas
11、ily，and then discharged into the atmosphere，convenient，generally do not set the recovery pipes and containers：the media clean，easy to plug existing media pipeline deterioration and supplemented. (2) small resistance loss and leakage in the delivery of compressed air process，the resistance loss is sm
12、all (generally not water plug BU only one thousandth of oil)，air supply and easy to focus on long-distance transport. Hydraulic fluid leaks will not be as foreign as pressure decreased significantly and serious pollution.(3) action quickly responsive. Pneumatic systems usually require only 0.02s-0.3
13、s to establish the desired pressure and speed. Pneumatic system can also achieve overload protection，easy to automatic control.(4) energy can be stored. Compressed air can be stored in the tank，and therefore，the occurrence of sudden power failure occurs，Machine and its process will not be suddenly i
14、nterrupted.(5) working environment and good adaptability. Flammable，explosive，and more dust，magnetic，strong radiation，vibration and other harsh environments，pneumatic drive and control system than the mechanical，electrical and hydraulic system is superior，and temperature changes will not affect the
15、transmission and control performance.(6) low cost. Since the work of low pressure pneumatic system，thereby reducing aerodynamic element，accessories precision materials and processing，manufacturing is easy，low cost.The topic to be developed pneumatic material handling robot，the robot can be achieved
16、in the X，Z direction of two coordinates the movement of rotation around the Z axis，the hand can step up the enforcement agency. Control，the use of XD diagram method designed to control the movement of the pneumatic manipulator control system. This is an open pneumatic control system platform.The des
17、ign of the pneumatic manipulator is divided into three parts：the overall design，structural design calculations and component selection and robotic pneumatic control system design. Owing to time constraints and limited personal level，I have not had time to design，there are many problems，I hope the ma
18、jority of teachers and students can be criticized and corrected and to be addressed.朗读显示相应拉丁字符拼音字典 - 查看字典详细内容朗读显示相应拉丁字符拼音字典 - 查看字典详细内容目 录摘要 1ABSTRACT一 .绪论 1. 课题来源、目及意义 2. 国内外研究现状 3. 研究内容、拟解决问题及设计规定二 .总体方案设计 1. 功能分解及构造示意图 2. 气动执行元件简介 3. 气缸类型选取及总体方案拟定 三 .设计计算及元件设计选型 1. 手部夹紧气缸设计. 2. 水平气缸计算及选型 3. 垂直气缸计算
19、及选型 4. 齿轮齿条缸设计计算 5. 轴构造设计、强度校核及轴承寿命校核 四 .机械手气动控制系统设计 1. 气动机械手动作过程 2. 机械手控制规定 3.气压驱动系统设计 4. PLC选取和I/O口分派 5.PLC控制程序设计五 工作总结六 道谢参照文献 一 . 绪论1. 课题来源、目及意义 由于当前在外面实习，也去了几家工厂，诸多工厂工作环境差，条件有限对于这种恶劣环境下工人们需要人工控制或者运用其她某些办法作为工具来搬运重物，并且都是某些机械工作，咱们完全可以运用机械手等机械来代替工人，从而高效率可靠完毕任务并且减轻工人劳动强度。 鉴于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃
20、、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作6。而气动机械手作为机械手一种，它具备构造简朴、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂动作等长处，因而很适合在工业领域特别是那些环境比较差温度高，多震动、噪声大，灰尘多以及辐射等不适于人类长期工作环境中工作。这样一来不但提高了生产力，并且为生产力大大减轻了劳动强度和难度，为生产提供了基本保障。 本课题是设计一种气动机械手装置，用以搬运体积大，重量大，温度高，有辐射等工业生产原材料或成品。 在机械工业中，机械手应用意义可以概括如下：（1）可以高生产过程自动化限度。应用机械手，有助于提高材料传送、工件装
21、卸、刀具更换以及机器装配等自动化限度，从而可以提高劳动生产率，减少生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化步伐。（2）可以改进劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或主线不也许。而应用机械手即可某些或所有代替人安全地完毕作业，大大地改进了工人劳动条件。在某些动作简朴但又重复作业操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而导致人身事故。（3）可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力一种侧面，同步由于应用机械手可以持续地工作，这是减少人力另一种侧
22、面。因而，在自动化机床和综合加工自动生产线上，当前几乎都设有机械手，以减少人力和更精确地控制生产节拍，便于有节奏地进行生产。综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业必然趋势。1.3.3机械手发展概况与发展趋势2. 国内外研究现状 专用机械手通过几十年发展，如今已进入以通用机械手为标志时代。由于通用机械手应用和发展，进而增进了智能机器人研制。智能机器人涉及知识内容，不但涉及普通机械、液压、气动等基本知识，并且还应用某些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因而它是一项综合性较强新技术。当前国内外对发展这一新技术都很注重，几十年来，这项技术研究和发展始终比较活跃，
23、设计在不断地修改，品种在不断地增长，应用领域也在不断地扩大。 早在40年代，随着原子能工业发展，已浮现了模仿关节式第一代机械手。5060年代即制成了传送和装卸工件通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。 6070年代，又相继把通用机械手用于汽车车身点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。 80-90年代，装配机械手处在鼎盛时期，特别是日本。 90年代机械手在特殊用途上有较大发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大应用。90年代后来，随着计
24、算机技术、微电子技术、网络技术等迅速发展，机械手技术也得到飞速多元化发展。 总之，当前机械手重要经历分为三代：第一代机械手重要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有辨认能力；改进方向重要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具备视觉、触觉能力，甚至听、想能力。研究安装各种传感器，把接受到信息反馈，使机械手具备感觉机能；第三代机械手能独立完毕工作过程中任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐渐发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环随着工业
25、机械化和自动化发展和气动技术自身某些长处，气动机械手已经广泛应用在生产自动化各个行业。80年代以来，气动技术运用领域迅速扩展，特别是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化限度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线迅速发展，对气动技术提出了更多更高规定；微电子技术引入，增进了电气比例伺服技术发展，当代控制理论发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具备构造简朴、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。从各国行业记录资料来看，近30近年来，气动行业发展不久。20世纪7
26、0年代，液压与气动元件产值比约为9:1，而30近年后今天，在工业技术发达欧美、日本等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。国内气动行业起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产值年递增率达20%以上，高于中华人民共和国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和当代控制技术发展与应用，气动技术已成为实现当代传动与控制核心技术之一。当前在世界上日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手方面最为领先。国内对气动技术和气动机械手研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度加大，国内自主研制许多气动机械手已经在汽车等行业为国家发展进步发挥着重要作用。随着
27、微电子技术迅速发展和机械加工工艺水平提高及当代控制理论应用，为研究高性能气动机械手奠定了坚实物质技术基本。由于气动机械手有构造简朴、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂动作等诸多独特长处，气动机械手将越来越广泛地进人工业、军事、航空、医疗、生活等领域。3研究内容，拟解决问题及设计规定(1)本课题研究内容 拟定机械手总体方案依照现场环境布局以及气动机械手特点，拟定设计总体方案，分析 并解决存在技术难题。最后依照考虑技术方案拟定机械手总体构造、功能和预期完毕动作。 设计机械手各执行机构可采用模块化设计方式，将机械手分为若干个模块，对各个模块进行设计， 然后把这些模块拼装起来构成机械手。依照功
28、能和尺寸规定匹配适当气缸，设计机械手基座、各气缸之间连接关节等装置。 气动控制系统设计 涉及气动回路设计，绘出动作程序图，X-D线图，逻辑原理图，气动回路原理图。(2)拟解决问题 解决机械手机械构造设计问题，规定机械手构造简朴、经济并具 详细有：气缸计算及选型，气动控制，PLC程序设计与编写。(3)设计规定工件几何形状及尺寸如图1.3： 图1.3工件几何形状和尺寸工件材质是钢。水平气缸以0.4m/s速度做进给，行程为200mm，缓冲长度为20mm。垂直气缸以0.5mm/s速度作上升、下降动作，行程为300mm，缓冲长度为20mm。抓手夹紧、松开工件时间都是0.5s。抓手与工件之间摩擦系数为u=
29、0.65。二 总体方案设计1.功能分解及构造示意图在总体方案里，气动机械手将模仿人手某些动作，按预先给定程序、轨迹和工艺规定实现自动抓取、搬运，完毕工件上料或卸料。这些动作归结起来可分解成如下几种基本动作： （1）水平方向手臂伸缩移动 （2）垂直方向高度上升、下降移动 （3）绕某一种轴线（如Z轴）回转运动 （4）手腕旋转 （5）手指夹紧，放松能实现以上四个基本动作气动机械手构造示意图如图2.1： 图2.1 气动机械手框架图系统共有四个气缸，从下到上，从左到右依次是：旋转气缸，该气缸是立柱回转缸，她事实上是个组合气缸，是由两个气缸组合中间以齿轮条杠连接两缸活塞，然后再主立轴下端套上一种直齿圆柱齿
30、轮，与气缸齿轮条杠啮合，把活塞直线运动变化成立柱旋转运动，从而实现立柱回转。左上伸缩气缸是机械手手臂伸缩缸，用以实现手臂伸长与缩回。右上升降气缸是机械手升降缸，用以实现机械手上升与下降。夹紧气缸，机械手抓夹紧与放松，用以实现机械手手爪取放物件。2.气动执行元件简介气动执行元件是将压缩空气压力能转化为机械能装置。它涉及气缸和气马达。(1)气缸气缸分类及典型构造 气缸是将压缩空气压缩能转换成直线运动并做功执行元件。气缸按构造形式分为两大类：活塞式和膜片式。其中活塞式又分为单活塞式和双活塞式，单活塞式有有活塞杆和无活塞杆两种。下面简朴简介几种典型气缸构造与特点。普通气缸图5为普通型单活塞杆双作用气缸
31、构造图。气缸由缸筒，先后缸盖，活塞，活塞杆，密封件和紧固件等零件构成。缸筒在先后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其连接锁紧（图中未画出）。活塞与活塞杆相连，活塞上装有密封圈、导向环及磁性环。为防止漏气和外部粉尘侵入，前缸盖上装有活塞杆用防尘组合密封圈。磁性环用来产生磁场，使活塞接近磁性开关时发生信号，即在普通气缸上安装磁性开关就成为可以检测气缸活塞位置开关气缸。图2.2 普通型单活塞杆双作用气缸无活塞杆气缸无杆气缸没有普通气缸刚性活塞杆，它运用活塞直接或间接实现直线运动，无杆气缸由缸筒，防尘和抗压密封件，无杆活塞，左右端盖，传动舌片，导架等构成。拉制而成铝气缸筒沿轴向方向开槽，为防止内部压缩空气泄露
32、和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件和外部防尘密封件密封。内、外密封件都是塑料挤压成形件，且互相夹持固定。无杆活塞两端带有唇形密封圈。活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。该运动通过缸筒槽传动舌片被传递到承受负载导架上。此时，传动舌片将防尘密封件与抗压密封件挤开，但它们在缸筒两端依然是互相夹持。因而，传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄露。无杆气缸缸径范畴为25-63mm，行程可达10mm。这种气缸最大有点是节约了安装空间，特别合用于小缸径长行程场合。在自动化系统、气动机器人中或得大量应用。膜片式气缸 膜片式气缸由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等重要零件构成。它可以是单作用式，也可以是
33、双作用式。其膜片有盘形膜片和平膜片两种，多数采用夹织物橡胶材料。膜片式气缸与活塞式气缸相比，具备构造紧凑、简朴、制造容易、成本低、维修以便、寿命长、泄露少、效率高等长处，但膜片变形量有限，其行程较短。这种气缸合用于气动夹具、自动调节阀及短行程工作场合。冲击气缸冲击气缸是把压缩空气压力能转化为活塞组件动能，运用此动能去做功执行元件。冲击气缸有缸筒、中盖、活塞和活塞杆等重要零件构成。中盖与缸筒固定，它和活塞把气缸分割成三某些，即蓄能腔、活塞腔和活塞杆腔。中盖中心开有喷嘴口。冲击气缸整个工作行程可简朴地提成三个阶段：复位段，储能段，冲击段。冲击气缸用途广泛，可用于锻造、冲压、铆接、下料、压配、破碎等
34、各种作业。摆动气缸摆动气缸是由一种双作用叶片式马达和一种普通双作用气缸构成。活塞一侧是圆形活塞杆，另一侧是方形活塞杆。方形活塞杆能在摆动马达叶片轴槽里滑动，即叶片摆动通过方形活塞杆来传动。采用这种双活塞杆构造摆动气缸，构造简朴，能同步分别实现直线和摆动运动。 气缸活塞上装有一种永久磁环，用行程开关可对气缸直线行程位置进行检测。摆动角度有电感式传感器检测。摆动角度在0-270之间无级可调，气缸行程范畴为1-100mm。因摆动气缸可调挡块装置和叶片之间是分开，因此作用在挡块上冲击力可由固定挡块或自调式缓冲器吸取。此外，叶片在行程终端也由弹性缓冲垫缓冲。为了便于调节，角度标尺安装在背面。摆动气缸活塞
35、杆有中空双活塞杆型，可用于真空、喷射等。活塞杆端部有连接其他元件内螺纹和半圆键。摆动气缸惯用作气动机械手手臂，在其上连接气动手指。(2)气马达气马达分类及特点气马达是运用压缩空气能量实现旋转运动机械。按构造形式可分为：叶片式、活塞式、齿轮式等。最为惯用是叶片式气马达和活塞式其马达。叶片式气马达制造简朴，构造紧凑，但低速启动转矩小，低速性能不好，适当性能规定低或中功率机械。当前在矿山机械及风动工具中应用普遍。活塞式气马达在低速状况下有较大输出功率，它低速性能好，适当载荷较大和规定低速转矩大机械，如起重机、绞车绞盘、拉管机等。由于使用压缩空气作为工作介质，气马达有如下特点：有过载保护作用。过载时，
36、转矩减少或停车，过载消除后及时恢复正常工作，不会产生故障可以无级调速。控制进气流量，就能调节马达功率和转速。额定转速从每分钟几十转到几万转。具备较高启动转矩，可直接带负载启动。与同类电动机相比，重量只有电动机三分之一到十分之一，因而，其惯量小，启动停止快。适当于恶劣环境使用，具备防火、防爆，耐潮湿、粉尘及振动长处。构造简朴，维修容易输出功率相对较小，最大只有20KW左右。耗气量大，效率低，噪声大。(3)气动机械手手指及真空吸盘气动机械手抓取动作最后是由手指来完毕。手指重要有手指气缸和真空吸盘两种构造，在抓取异型、特殊工件时也有用膜片夹紧气缸、气囊来抓取工件。手指气缸手指气缸俗称抓手，是当前气动
37、机械手在抓取技术中应用最普遍方式之一。它有平行手指HGP，摆动手指HGW，旋转手指HGR及三点手指HGD。它长处有：A.可实现双向抓取B.可自动对中C.抓手两边可安装无接触式检测行程开关D.重复精度高E.抓取力恒定F.夹具形式多变，与抓手连接十分简便抓取方式有：A.外抓取B.内抓取C.内外联合抓取重要技术参数：A.平行手指，最大抓取力：390N；合拢/打开时间：0.06-1.0sB.摆动手指，最大抓取力：530N；合拢/打开时间：0.02-1.0sC.旋转手指，最大抓取力：250N；合拢/打开时间：0.04-1.0sD.三点手指，最大抓取力：320N；合拢/打开时间：0.01-1.0s真空吸盘
38、当前，在传播和装配生产线上，使用真空吸盘来抓取物体例子越来越多，应用真空技术可很以便地实现诸如工件吸持、脱开、传递等搬运功能。需要阐明是，这里提到真空不是指由电动机、真空泵等一系列辅助设备所构成真空系统，而是指有压缩空气进入真空发生器喷嘴后，按照文丘里原理在真空发生器内产生负压（最高可达-88KPa）。因而，它是一种十分经济简便真空系统，特别对于不需要大流量真空工况条件更显出它优越性。真空吸盘可以吸持平整光滑工件表面，它最小直径为1mm，最大直径为125mm（可以制作不不大于125mm吸盘）。吸盘形状普通分圆盘形和波纹形。圆盘真空吸盘普通用于吸取平整工件，而波纹形真空吸盘吸取工件表面容许有轻微
39、不平、弯曲或倾斜。真空吸盘最小吸力为1.6N，最大吸力可达606N。真空吸盘由丁晴橡胶、聚氨酯或硅橡胶等材料构成，其中硅橡胶真空吸盘可用于食品工业。它们工作温度范畴分别为-20到+80，-20到+60，-40到+200。气动机械手在抓取物体时，究竟是选抓手，还是选真空吸盘，是没有严格规定，普通依照详细工况而定。对于平板抓取，普通较多使用真空吸盘，而对于长方形、圆形物体，既可采用抓手又可采用真空吸盘来完毕。抓手在抓取工件时，还应考虑到抓手张开角度不能影响相邻工件。3.气缸类型选取及总体方案拟定A. 水平方向伸缩移动，B.垂直方向上升、下降移动都可选取普通型单活塞杆双作用气缸或无杆气缸，但是考虑到
40、无杆气缸可以节约安装空间，又适合于小缸径长行程场合，定位精度高，于是在本方案里选用无杆气缸。C.绕某一种轴线（如Z轴）回转运动可选取齿轮齿条缸或摆动气缸，但摆动气缸普通是用作气动机械手手臂，在其上连接气动手指，而本方案回转运动是立柱回转运动，考虑到齿轮齿条缸定位精度较高，构造简朴，于是选用齿轮齿条缸。D. 手指夹紧，放松可选取平行手指气缸，摆动手指气缸，旋转手指气缸，三点手指气缸和真空吸盘。手指选取，是没有严格规定，普通是依照详细工况条件而定。对于平板抓取，普通较多使用真空吸盘，而对于方形、圆形物体，普通使用手指气缸来完毕。考虑到工件形状是圆柱体，宜采用手指气缸，手指气缸里平行手指气缸构造简朴
41、，功能明确，两个手指夹持圆柱形工件两个端面，接触面积大，抓取稳定，于是采用两手指阔形气动手指气缸。综合以上分析，执行元件初步选取如下表1：表1 执行元件初步选取方案所要实现功能初选执行元件类型水平方向伸缩移动无杆气缸垂直方向上升、下降移动无杆气缸绕某一种轴线（如Z轴）回转运动齿轮齿条缸手指夹紧，放松平行手指气缸由以上初选执行元件类型，构成总体方案图如图2.3： 图2.3 总体方案图粗略图三 . 设计计算及元件设计选型1.手部夹紧气缸设计1、手部驱动力计算 本课题气动机械手手部构造如图3.1所示： 其工件重量G=10公斤，手指活动角度，,摩擦系数为(1)依照手部构造传动示意图，其驱动力为: (2
42、)依照手指夹持工件方位，可得握力计算公式:因此 图3.1 机械手爪图 (3)实际驱动力: 、由于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: 因此 因此夹持工件时所需夹紧气缸驱动力为。 、气缸直径 本气缸属于单向作用气缸。依照力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上输出推力必要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:Gf = 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
43、料剪切模量，普通取在设计中，必要考虑负载率影响，则:由以上分析得单向作用气缸直径:代入关于数据，可得 因此:查关于手册圆整，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:满足实际设计规定。、缸筒壁厚设计缸筒直接承受压缩空气压力，必要有一定厚度。普通气缸缸筒壁厚与内径之比不大于或等于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- 实验压力，取，Pa材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:二水平无杆气缸计算及选型无杆气缸与普通气缸构造与工作原理并不相似。普通气缸有圆柱形活塞杆，并且其动力输出也是通过活塞杆与外界相
44、连来实现，于是普通气缸设计计算选型有它一整套流程：由工况来拟定气缸实际负载：由气缸运动速度来拟定气缸负载率；由公式算出气缸理论输出力；由公式计算出气缸缸径；查表按推荐值取活塞杆直径。而无杆气缸设计计算选型则是按照另一套流程：按图8 力矩及负载示意图计算出相应力矩及负载；依照计算所得出力矩及负载查样本SMC气动元件，选型无杆气缸；列出无杆气缸基本参数，以供背面使用。(1)负载计算及气缸选型水平无杆气缸所受负载（暂不考虑连接组件重量）依照，查SMC气动元件（P4.93），选型如下表2 ：表2 水平无杆气缸选型成果元件名称及型号机械接触式无杆气缸（基本型）MY1B50G-200缸径50mm最大负载W1=700N，W2=140N，W3=200N最大容许力矩M1=78Nm,