注塑機專用機械手的設計畢業(yè)設計

1、<p>　　機電一體化技術專業(yè)畢業(yè)設計說明書</p><p>　　設計題目 注塑機專用機械手的設計</p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p>

2、<p>　　專 業(yè) 機電一體化技術 </p><p>　　年 級 2013級 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　注塑機專用機械手是能夠模仿人體上肢及上下手臂手腕手部的部分功能，可以對其進行自動控制使其按照預定要求輸送制品或操持工具進行生產操作的自動化生產設

3、備。注塑機機械手是為注塑生產自動化專門配備的機械，它可以在減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件和安全生產、提高注塑成型機的生產效率、穩(wěn)定產品質量、降低廢品率、降低生產成本、增強企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。</p><p>　　文中首先總結了注塑機機械手國內外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了其發(fā)展前景及方向，確定了機械手的研究類型與機械設計方案。本文的重點是斜臂式注塑機機械手的機械結構設計，電氣控制部分除控制原理外暫不做設計

4、。</p><p>　　由于注塑機專用機械手能夠大幅度的提高生產效率和降低生產成本，能夠穩(wěn)定和提高注塑產品的質量，避免因人為操作失誤而造成的損失。因此，注塑機械手在注塑生產中的作用變得越來越重要。目前國內的機械手類型比較簡單，且大都用于取件。隨著注塑成型工業(yè)的發(fā)展，以后將越來越多的機械手用于上料、混合、自動裝卸模具、回收廢料等各個工序上，而且朝著智能化方向發(fā)展。</p><p>　　關鍵詞

5、：機械手；驅動系統(tǒng)；氣動；AutoCAD</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　2 注塑機機械手的總體設計方案3</p><p>　　2.1注塑機機械手的設計分析3</p><p>　　2.1.1注塑

6、機機械手的設計內容3</p><p>　　2.1.2注塑機機械手的設計要求3</p><p>　　2.2注塑機機械手的設計方案3</p><p>　　2.2.1機械手的坐標型式與自由度3</p><p>　　2.2.2 機械手的手部結構方案設計4</p><p>　　2.2.3 機械手手腕部分方案設計4&l

7、t;/p><p>　　2.2.4機械手副臂部分方案設計5</p><p>　　2.2.5機械手主臂部分方案設計5</p><p>　　2.2.6機械手的驅動方案設計5</p><p>　　2.2.7機械手的控制方案設計5</p><p>　　2.2.8機械手的定位方案設計5</p><p>

8、;　　2.2.9機械手的主要參數(shù)5</p><p>　　2.2.10機械手運動系統(tǒng)分析6</p><p>　　3 注塑機機械手的組成部分9</p><p>　　3.1手部結構設計9</p><p>　　3.1.1手部結構設計和三維建模9</p><p>　　3.1.2氣動驅動力計算10</p>

9、<p>　　3.2手腕結構設計11</p><p>　　3.2.1手腕結構設計和三維建模11</p><p>　　3.2.2手腕的驅動力矩的計算11</p><p>　　3.3副臂結構設計12</p><p>　　3.3.1副臂結構設計和三維建模12</p><p>　　3.3.2副臂氣缸選用以及

10、驅動力矩計算15</p><p>　　3.4手腕與副臂連接結構設計17</p><p>　　3.4.1副臂氣缸連接形式選用17</p><p>　　3.4.2手腕與副臂連接結構設計18</p><p>　　3.5主臂結構設計19</p><p>　　3.5.1主臂結構設計和三維建模19</p>

11、<p>　　3.5.2主臂氣缸選用以及驅動力矩計算20</p><p>　　3.6主副臂連接結構設計21</p><p>　　3.6.1主臂氣缸連接形式選用21</p><p>　　3.6.2副臂與主臂連接結構設計22</p><p>　　3.7機身結構設計22</p><p>　　3.7.1機身

12、的整體設計與三維建模22</p><p>　　3.7.2機身與主臂連接結構設計24</p><p>　　3.7.3機身氣缸選用以及驅動力矩計算25</p><p><b>　　4 結 論28</b></p><p><b>　　5 致 謝29</b></p><p>

13、;<b>　　6參考文獻30</b></p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已成為現(xiàn)代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控

14、制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。</p><p>　　機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率:可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現(xiàn)安全生產;尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、

15、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用</p><p>　　機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如圖1.1所示。</p><p>　　圖 1.1 機械手組成關系圖</p><p>　　執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂和機身等部件。手部:即與物件接觸的部件。由于與物件接

16、觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手，在本課題中我采用夾持式手部結構。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手腕:是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位。手臂:手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件(如氣缸、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。立柱:立

17、柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機座:機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。</p><p>　　驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。</p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按

18、規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。</p><p>　　位置檢測裝置是控制機械手執(zhí)行機構的運動位

19、置，并將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)。</p><p>　　2 注塑機機械手的總體設計方案</p><p>　　（本設計主要任務是完成機械手的結構方面設計。在本章中對機械手的坐標形式、自由度、驅動機構進行了確定。）</p><p>　　本文設計的機械手主要用于注塑機生產流水線，因此需要配套的機械手能夠實現(xiàn)快速、準確地拾-放零件，這就要求它們具有很高精度、并且能夠

20、快速反應、能夠耐熱、有一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意位置都能自動定位等特性。設計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(注塑件)的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并且滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結構形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結構及運行控制的要求;盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并且能實現(xiàn)柔性轉換和編

21、程控制.本次設計的機械手是注塑機專用氣動取料機械手，是一種適合于成批或中批生產的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，操作單調頻繁反復的生產場合。也可用于操作環(huán)境惡劣的生產場合。</p><p>　　2.1注塑機機械手的設計分析</p><p>　　2.1.1注塑機機械手的設計內容</p><p>　　設計要完成以下內容：</p><p>

22、　　1、擬定整體方案，特別是機械本體的各零件有機結合的設計方案。</p><p>　　2、設計出機械手的各個執(zhí)行機構，包括手部、手臂、機身等部件的設計。</p><p>　　3、各部件的設計計算。</p><p>　　4、傳動系統(tǒng)的選擇與設定，包括氣動原件的選取，氣動回路的設計。</p><p>　　2.1.2注塑機機械手的設計要求</

23、p><p>　　于專用于注塑機的機械手，需要結合注塑機的工作原理、注塑機的結構、特性、注塑件的形狀質量等方面綜合考慮進行設計；對于機械手結構設計，需要其完整、合理、美觀。</p><p>　　2.2注塑機機械手的設計方案</p><p>　　2.2.1機械手的坐標型式與自由度</p><p>　　按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標型式

24、可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)式。由于本機械手在取件放件時手臂具有升降、回轉、收縮及平移運動，因此，采用圓柱坐標型式。相應的機械手具有四個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構，從而增加一個手臂左右擺動的自由度。如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 機械手的運動示意圖</p><p>　　2.2.2 機械手的手部結構方案設計</p>

25、<p>　　為了能夠使機械手的通用性更強,滿足夾持不同尺寸和形狀的工作要求，本設計把機械手的手部結構設計成可以更換結構。就是可以用夾持式手指來夾取工件，又可以負壓式吸盤來吸取工件，但在一般情況下都采用的是夾持式手部，本文設計所選用的為市場上最為常見的水口夾。如圖2.2所示</p><p><b>　　圖2.2 機械夾頭</b></p><p>　　2.2.

26、3 機械手手腕部分方案設計</p><p>　　設計手腕時考慮到機械手的通用性，以及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能夠滿足工作的要求。因此，本設計將手腕設計成回轉結構也就是爪旋機構，實現(xiàn)手腕回轉運動的機構為小型回轉氣缸。如圖2.3所示：</p><p><b>　　圖2.3 回轉氣缸</b></p><p>　　2.2.4

27、機械手副臂部分方案設計</p><p>　　按照抓取工件的要求，本機械手的主副臂有三個自由度，即手臂的前后移動、左右回轉和升降運動。手臂的前后移動和升降運動是通過滑動導軌來實現(xiàn)的，手臂的回轉通過曲柄機構來實現(xiàn)。不過手臂三個自由度的運動均由氣缸來實現(xiàn)。手臂結構如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 主副臂結構原理圖</p><p>　　2.2.5機械手主臂部分

28、方案設計</p><p>　　主臂的主要自由度是臂身的回轉和副臂與主臂之前的前后相對移動。臂身回轉運動通過氣缸驅動曲柄帶動主臂從而實現(xiàn)回轉運動。</p><p>　　2.2.6機械手的驅動方案設計</p><p>　　本文設計的機械手驅動系統(tǒng)的選用主要從驅動系統(tǒng)的結構以及其工作特性兩方面考慮，為了簡化機械手的結構設計難度，故本設計選用氣壓傳動系統(tǒng)。氣動系統(tǒng)有反應迅速

29、、動作靈敏、在運行過程中很清潔、介質（空氣）具有較大的壓縮比、有較好的保護作用等優(yōu)點。另外由于近些年隨著氣動元器件進步較快，標準化日益普及、可靠性越來越強，氣動系統(tǒng)的采購與安裝均較便利。</p><p>　　2.2.7機械手的控制方案設計</p><p>　　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，只需改變PL

30、C程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。另外為了滿足工作需求，機械手將設置手動工作方式和自動控制方式。（本文在PLC控制線路結構方面不做設計，只介紹控制原理）</p><p>　　2.2.8機械手的定位方案設計</p><p>　　定位方法有點位控制或連續(xù)軌跡控制方式，本設計采用點位控制方式。</p><p>　　2.2.9機械手的主要參數(shù)</p><p&

31、gt;　　機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，由于是采用氣動方式驅動，因此考慮抓取的物體不應該太重，查閱相關機械手的設計參數(shù)，結合注塑機生產的實際情況，本設計設計抓取的工件質量為3Kg。</p><p>　　基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設計速度過低限制了它的使用范圍?？傮w速度根據注塑機在實際生產中注塑出模的速度來確定。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度

32、。該機械手最大移動速度設計為200mm/s 。最大回轉速度設計為60°/s 。平均移動速度為200m/s 。平均回轉速度為60°/s 。機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較全面，因為平均速度與行程有關，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運動速度以外，手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行

33、程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為400mm,最大工作半徑約1000mm。手臂升降行程定為800mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為 。詳細設計參數(shù)如下：</p><p>　?。?）機械手各動作最大行程：</p><p>　　機械手手指的最大夾取角度為 60度；</p>

34、<p>　　機械手手腕最大旋轉角度為 90度；</p><p>　　械手手臂的伸縮（升降）最大行程為 800mm；</p><p>　　機械手手臂最大擺動角度為 90度；</p><p>　　機械手手臂最大平移行程為 400mm　</p><p>　?。?）機械手各運動速度：</p><p>　　手指夾緊速度

35、 40°/s </p><p>　　平均回轉速度 60°/s</p><p>　　手腕回轉速度 60°/s</p><p>　　手臂平均移動速度 400mm/s 手臂平均升降速度 400mm/s</p><p>　?。ㄋ性O計參數(shù)均參照現(xiàn)市場已有的注塑機斜臂式機械手的主要參數(shù)）</p><

36、p>　　2.2.10機械手運動系統(tǒng)分析</p><p>　　一．機械手結構構成三維圖2.5及二維圖紙2.6如下所示</p><p>　　圖2.5 注塑機斜臂式單臂機械手結構構成三維圖</p><p>　　圖2.6 注塑機斜臂式單臂機械手結構構成二維圖</p><p><b>　　二．運動過程分析</b></

37、p><p>　　機械手完成一次夾持動作有以下運動：</p><p>　　1.副臂在主臂上往前平移，靠近工件，至工件正上方；</p><p>　　2.手夾從原點在機械手副臂上做下降運動；夾持工件；</p><p>　　3.手夾在主臂上往后平移；</p><p>　　4.手夾在副臂上做上升運動；</p><

38、p>　　5.副臂在主臂上往后平移至放料區(qū)域同一平面；</p><p>　　6.主臂在機身上正方向旋轉45度；</p><p>　　7.手夾在副臂上做下降運動至距放料平臺100mm。</p><p>　　8.手腕在副臂上正方向旋轉90度；</p><p>　　9.手夾張開，放下工件；</p><p>　　10.手臂

39、手夾原路返回至原始位置。</p><p>　　3 注塑機機械手的組成部分</p><p><b>　　3.1手部結構設計</b></p><p>　　為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結構設計成可更換結構，當注塑件是棱狀時，使用夾持式手部:如果有實際需要，還可以換成氣壓吸盤式結構。</p><p>　　3.1.1手

40、部結構設計和三維建模</p><p>　　夾持式手部結構由手指(或手爪)和傳力機構所組成。本文設計采用的夾持式手部（俗稱水口夾),用于夾注塑件和水口。其工作原理為：通過氣缸帶動活塞桿運動，活塞桿連接圓錐銷，水口片中部分已被擋板用插銷固定，水口片可以以銷作為軸做回轉運動，水口片下端有一滾筒，圓錐銷擠壓滾筒使水口片旋轉而夾住工件。本設計在手部部分不重新設計而是選購市場上已有的成品機械手部，根據之前機械手手部參數(shù)的設定

41、值3Kg，據此選用市場上型號為1615S的水口夾。如圖3.1所示；三維建模圖如3.2所示；結構圖如3.3所示：</p><p>　　圖3.1水口夾 圖3.2三維建模</p><p><b>　　圖3.3二維結構圖</b></p><p>　　3.1.2氣動驅動力計算</p><

42、p>　　經查的型號1615S水口夾的結構部分尺寸為：缸徑：16mm；行程15mm； 外觀尺寸：20mmx32mmx145mm。夾鉗受力分析圖如3.4所示：</p><p><b>　　圖3.4夾鉗受力圖</b></p><p>　　為使手部能夠穩(wěn)定的工作，夾持工件和水口，手指需要具有足夠的握力(即夾緊力)。在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操

43、作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落。手部為氣缸驅動，那就需要給氣缸提供一定的氣壓。 </p><p>　　型號為1615S的水口夾的最大夾力為3Kg，也就是說鉗板夾緊工件的最大輸出夾緊力F3為： F3 = 3 x 9.8 = 29.4N</p><p>　　據此可以計算出氣缸活塞桿的推力即圓錐銷所需最大推力F1為:</p><p>

44、　　F1 = F3x58.3xsin66/21xsin76</p><p><b>　　=76.8N</b></p><p>　　則驅動氣缸所需的氣壓F 為：</p><p>　　P = F/S = 76.8/3.14 x 8 x 8 = 0.38Mp</p><p>　　據此我們選用調壓范圍為1至0.5Mp的氣壓閥

45、，如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 可調氣壓閥</p><p><b>　　3.2手腕結構設計</b></p><p>　　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(xiàn)手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。</p><p>　　3.2

46、.1手腕結構設計和三維建模</p><p>　　手腕就是連接手臂和手部的部件，手腕的作用就是改變或調整工件的方位，因此它需要獨立的自由度，以方便使機械手適應比較復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝的要求、工件擺放方位和定位精度等許多因素相關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設定一繞x軸轉動回轉運動才可滿足工作的需求，目前用來實現(xiàn)手腕回轉運動的機構，應用最多的回轉

47、機構就是回轉氣缸，因此我們就選用回轉氣缸。它的結構比較緊湊，但回轉角度小，并且需求嚴格的密封。本設計所選用的回轉氣缸為市場上與1615S水口夾相匹配的回轉氣缸。如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 回轉氣缸與水口夾組合</p><p><b>　　圖3.7 三維建模</b></p><p>　　3.2.2手腕的驅動力矩的計算</

48、p><p>　　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的關系如圖3.8所示：</p><p>　　圖3.8 回轉氣缸筒圖</p><p&

49、gt;　　M-回轉氣缸的驅動力矩 p-回轉氣缸的工作壓力 R-缸體內壁半徑 r-輸出軸半徑 b-動片寬度</p><p>　　上述驅動力矩和壓力的關系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的p應代以工作壓力p1與背壓p2只差。</p><p><b>　　, 或 </b></p><p>　　根據商家提供的數(shù)據可

50、知手部即1615S水口夾的總質量為1Kg,最大可夾持3Kg的工件。也就是手腕以下最大總重量 G max = 1Kg + 3Kg = 4Kg 。本設計采用的旋轉 氣缸為90度型，故最大回轉角度為90度。</p><p>　　腕部的驅動力矩需要的力矩。重力：G =4 x 9.8/Kg = 39.2N </p><p><b>　　3.3副臂結構設計</b></p&g

51、t;<p>　　手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動：伸縮（平移）、回轉和升降。本章敘述副手臂的升降運動，手臂的伸縮（平移）設置在主手臂，手臂的回轉運動設置在機身處。</p><p>　　3.3.1副臂結構設計和三維建模</p><p>　　一、 機器手臂的設計的一般都滿足以下基本要求：&l

52、t;/p><p>　　1 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕</p><p>　　2根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。</p><p>　　3提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。</p><p>　　4合理布置作用力的位置和方向。</p><p><b>　　5注意簡化結構。</b></p

53、><p><b>　　6提高配合精度。</b></p><p>　　在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有2個途徑：一是減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。二是減少臂部運動件的輪廓尺寸。</p><p>　　綜合考慮機械手臂設計的基本要求，本文設計采用手臂與導軌二

54、合一的設計方式，即手臂與導軌捆綁在一起。</p><p><b>　　二、軌的選擇</b></p><p>　　副臂的運動為往復直線升降運動，因此采用直線導軌，常用的用于工業(yè)的直線導軌包括滾珠直線導軌、滾柱直線導軌、滾珠直線圓導軌、滾輪直線導軌。本設計要求手臂運動具有較高的精度，較快的移動速度，另外因為本文副臂設計選用的是導軌與手臂二合一的設計方案，所以要求導軌還需具

55、有較強的承載能力，只有滾珠直線導軌能夠符合設計全部要求，所以副臂部分導軌采用滾珠直線導軌。</p><p><b>　　如圖3.9所示：</b></p><p>　　圖3.9 滾珠直線導軌 圖3.10 上銀導軌HG系列</p><p>　　三、滾珠直線導軌的選用</p><p>　　目前市場上比較

56、常見的導軌制造商有上銀導軌、固安捷導軌等，本設計采用的導軌為上銀導軌HG系列如圖3.10所示：</p><p>　　根據本設計機械手主要設計參數(shù)，副臂的伸縮（升降）最大行程為 800mm，即有效長度800mm，導軌的選用長度時一般比有效長度大100mm左右，也就是900mm左右。副臂的升降速度參數(shù)為400mm/s也就是24m/min,另外本設計對導軌要求較高，根據這三點查表3-1，表3-2，得出的型號為：HGH

57、30 CA</p><p><b>　　表3-1</b></p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　再根據下表3-3可以計算出導軌的質量為： 6.06Kg/M X 0.9M = 5.63Kg</p><p>　　滑塊的質量為：0.90Kg。</p><p&

58、gt;<b>　　圖3.11</b></p><p><b>　　四、導軌三維建模</b></p><p>　　導軌CAD二維圖如3.12所示；三維圖如3.13所示：</p><p>　　圖3.12 二維圖 圖3.13 滾珠直線導軌三維圖</p><p>　　3.3.2副

59、臂氣缸選用以及驅動力矩計算</p><p>　　一．手臂伸縮氣缸的尺寸設計</p><p>　　手臂伸縮氣缸采用標準氣缸，根據設計要求，副臂氣缸需要有800mm的有效行程以及400mm/s的移動速度，要求體積盡可能地小，參看各種型號的結構特點，尺寸參數(shù)，結合本設計的實際要求，氣缸選用SMC公司的CG1型氣缸，為單桿雙作用氣缸。根據查詢表3-3、3-4，初步確定氣缸的直徑為40mm。<

60、/p><p><b>　　表3-3</b></p><p><b>　　表3-4</b></p><p><b>　　二．尺寸校核</b></p><p>　　1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內徑D=40mm,半徑R=20mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設計使用壓強,</p&

61、gt;<p><b>　　則驅動力：</b></p><p>　　測定手腕與手部副臂以及最大抓取工件質量為：</p><p><b>　　設計加速度,</b></p><p><b>　　則慣性力: </b></p><p><b>　　總受力</

62、b></p><p>　　即標準CG1氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求要求。</p><p>　　副臂傳動氣缸三維建模</p><p>　　本文設計副臂升降運動的最大行程為800mm,故副臂驅動氣缸的最大工作行程為800mm。氣缸的三維建模如圖3.13所示：</p><p>　　圖3.14 副臂氣缸三維圖 圖

63、3.15 副臂氣缸二維圖</p><p>　　四．副臂氣缸質量計算</p><p>　　根據查詢氣缸質量比對表3-5、3-6，可以計算出副臂氣缸的質量。</p><p><b>　　表3-5</b></p><p><b>　　表3-6</b></p><p>　　3.4手腕

64、與副臂連接結構設計</p><p>　　3.4.1副臂氣缸連接形式選用</p><p>　　在機械手副臂工作中，運動形式為氣缸活塞桿的直線往復移動，必須避免其它方向的運動，根據查詢氣缸選擇的連接形式為桿端螺母，如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 氣缸連接方式圖</p><p>　　3.4.2手腕與副臂連接結構設計</p&

65、gt;<p>　　副臂與手腕之間為兩個標準構件回轉氣缸與導軌，故需要設計一裝置用于兩者之間的連接。本文設計的連接裝置零件如圖3.16所示，三維建模如3.17所示</p><p>　　圖3.16 連接裝置零件二維圖</p><p>　　圖3.17 連接裝置零件三維圖</p><p>　　組裝效果圖如3.18所示：</p><p>

66、　　圖3.18 裝配效果圖</p><p>　　導軌（副臂）和回轉氣缸與連接裝置之間均使用內六角螺栓連接，螺栓直徑為6mm,如圖3.19所示。</p><p>　　圖3.19 螺栓連接圖</p><p><b>　　3.5主臂結構設計</b></p><p>　　主臂與副臂是整個機械手最主要也是最重要的傳動和支承部件。他

67、們的結構直接關系到機械手的工作半徑和使用范圍。</p><p>　　3.5.1主臂結構設計和三維建模</p><p>　　在設計主臂時，最重要的幾點就是臂部應承載能力大、剛度好、自重輕，所以首先需要考慮的就是使用什么材質，查詢手臂常用材質表發(fā)現(xiàn)在手臂需承受的力不是很大的情況下，鋁合金是最好的選擇，因此本文主臂設計選用鋁合金材質，各部件之間的連接零件也同樣選用鋁合金材質。</p>

68、<p>　　在設計主臂結構時，需要考慮到它與機身，副臂間的連接；與其他構件間的安裝；以及盡量減少占用空間等幾個方面?？傇O計圖如圖3.20所示。</p><p>　　圖3.20 主臂設計總圖</p><p>　　主臂一共由三部分組成，分別是保持架，連接架和主力板：</p><p>　　保持架：與連接桿一起固定導向桿和主力板；</p><

69、;p>　　連接架：與機身連接部件，同時也起到與保持架一樣的作用；</p><p>　　主力板：主力板的長度在一些方面控制了主臂運動的行程同時也將主臂的其他構件連接到了一起。主臂移動的最大行程為400mm，為了便于其他構件和感應控制元件的安裝，主力板設計最大尺寸為500mm。</p><p>　　圖3.21主力板 圖3.22連接架</p><

70、;p>　　圖3.23保持架圖 圖3.24導桿圖</p><p>　　主臂運動采用氣缸運動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

71、心的慣量。</p><p>　　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，在本設計中采用雙導向桿來增加手臂的剛性和導向性。</p><p>　　3.5.2主臂氣缸選用以及驅動力矩計算</p><p>　　一．手臂伸縮氣缸的尺寸設計</p><p>　　主臂部分的氣缸同樣選用SMC公司的CG1型單桿雙作用氣缸，初步確定氣缸的直徑為

72、40mm。</p><p><b>　　二．尺寸校核</b></p><p>　　1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內徑D=40mm,半徑R=20mm的氣缸的尺寸滿足使</p><p>　　用要求即可,設計使用壓強</p><p><b>　　則驅動力：</b></p><p>

73、　　測定手腕與手部副臂以及最大抓取工件質量為： ，</p><p><b>　　設計加速度,</b></p><p><b>　　則慣性力: </b></p><p>　　2.考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數(shù),</p><p><b>　　總受力</b></p&

74、gt;<p><b>　　即</b></p><p>　　標準CG1氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求要求。</p><p>　　三.主臂傳動氣缸三維建模</p><p>　　主臂的氣缸主要負責機械手平行移動，本文設計機械手手臂最大平移行程為 400mm，故副臂驅動氣缸的最大工作行程為400mm。氣缸的三維建模如圖3.25所示。&l

75、t;/p><p>　　圖3.25標準CG1氣缸</p><p>　　3.6主副臂連接結構設計</p><p>　　3.6.1主臂氣缸連接形式選用</p><p>　　在機械手主臂工作中，運動形式為氣缸活塞桿的直線往復移動，必須避免其它方向的運動，與副臂氣缸一樣選擇的連接形式為桿端螺母，如圖3.15所示。與副臂氣缸不同的是主臂氣缸缸體為運動部件，活

76、塞桿相對靜止不動，因此還需選用一個缸體的連接形式，查詢后選擇前端軸向腳座。如圖3.26所示</p><p><b>　　圖3.26軸向腳座</b></p><p>　　3.6.2副臂與主臂連接結構設計</p><p>　　副臂與主臂的連接結構比較復雜，它需要固定副臂導軌，主臂導桿，限位開關，緩沖器以及主臂氣缸等機構。材質選用鋁合金。其結構圖如3

77、.27所示。</p><p>　　圖3.27 主副臂連接件</p><p>　　圖3.28 主副臂連接件二維圖</p><p><b>　　3.7機身結構設計</b></p><p>　　3.7.1機身的整體設計與三維建模</p><p>　　按照設計要求，機械手要實現(xiàn)手臂90度的回轉運動，實現(xiàn)手

78、臂的回轉運動機構一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮，分析。</p><p>　　機身承載著手臂，做回轉運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結構有以下幾種：</p><p>　　1回轉缸置于升降之下的結構。這種結構優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。</p><p>　　2線性氣缸缸和搖桿機

79、構。手臂的回轉運動通過線性氣缸驅動搖桿機構來實現(xiàn)，搖桿的往復擺動帶動手臂中心軸做往復回轉。</p><p>　　3活塞缸和齒條齒輪機構。手臂的回轉運動是通過齒條齒輪機構來實現(xiàn)：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，從而使手臂左右擺動。</p><p>　　本設計考慮到設計難度，安裝難以程度等方面，選用線性氣缸和搖桿機構來實現(xiàn)手臂回轉運動。機械手臂機身選用GY-4590型鋁型材，整體

80、機身三維圖如圖3.29所示。</p><p>　　圖3.29 機身及機座三維圖</p><p>　　圖3.30 機身二維圖</p><p>　　圖3.31 機座二維圖</p><p>　　3.7.2機身與主臂連接結構設計</p><p>　　機身與主臂這部分的結構不僅需要承載較大的扭矩壓力還需要實現(xiàn)主臂與機身之間的一個

81、往復擺動運動，這就需要這部分結構為軸狀，那就還要需要一個軸承用來支承。。</p><p>　　一般大多數(shù)軸即承受轉矩又承受彎矩，多處于變應力條件下工作，因此軸的材料應具有較好的強度和韌性，用于滑動軸承時，還要具有較好的耐磨性。其中優(yōu)質碳素結構鋼使用廣泛，45鋼最為常用，它調質后具有優(yōu)良的綜合力學性能。不太重要的軸也可用Q235、Q275等普通碳素結構鋼。高速、重載的軸、受力較大而要求尺寸小的軸以及有特殊要求的軸，

82、要用合金結構鋼。合金鋼對應力集中敏感性小，在機械行業(yè)應用日趨增多。本設計由于不屬于大型機械手，能夠使不需要使用特殊材質的鋼材，45鋼能夠滿足工作要求。結構設計如圖3.32所示 。</p><p>　　圖3.32 連接軸 圖3.33 連接方式</p><p>　　連接原理為兩軸承支承著軸與機身的連接，軸的一端連接著主臂的連接架，用螺栓固定，無相對轉動，另一端

83、連接著搖桿，同樣使用螺栓連接，無相對轉動，機械手的往復擺動通過搖桿連接著軸進行傳遞來實現(xiàn)，連接方式如圖3.33所示。</p><p>　　圖3.34 搖桿二維圖</p><p>　　3.7.3機身氣缸選用以及驅動力矩計算</p><p>　　一．機身伸縮氣缸的尺寸設計</p><p>　　機身部分的氣缸同樣選用SMC公司的CG1型單桿雙作用氣

84、缸，初步確定氣缸的直徑為40mm。</p><p><b>　　二．尺寸校核</b></p><p>　　1.在校核尺寸時，只需校核氣缸內徑D=40mm,半徑R=20mm的氣缸的尺寸滿足使</p><p>　　用要求即可,設計使用壓強</p><p><b>　　則驅動力：</b></p>

85、;<p><b>　　搖桿處總扭矩為：，</b></p><p><b>　　設計加速度,</b></p><p><b>　　則慣性力: </b></p><p>　　2.考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數(shù),</p><p><b>　　總受力</

86、b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　標準CG1氣缸的尺寸符合實際使用驅動力要求。</p><p>　　機身氣缸需要驅動搖桿做回轉運動，所以氣缸尾部不可以緊固，需做成可回轉結構，其設計結構如圖3.35所示。氣缸與搖桿連接處也有相對的轉動，同樣需要設計成可供回轉運動的結構，設計結構如圖3.36所示。</p&

87、gt;<p>　　圖3.35 氣缸尾部結構 圖3.36 氣缸頭部結構</p><p>　　圖3.37 氣缸連接方式圖</p><p>　　最后本設計中實現(xiàn)運動的所有驅動部件均為氣缸，氣缸由于它的結構特性，運動速度較快，存在一定的慣性，特別是連接在較大質量的機構時在運動停止的一瞬間慣性更大，這樣不僅會減少氣缸的使用壽命還會導致其它機構的損壞，所以需要安裝緩沖裝置進行

88、保護。因為本設計的機械手尺寸較小，相對慣性不大，所以緩沖裝置采用油壓緩沖器，如圖3.38所示。</p><p><b>　　圖3.38 緩沖器</b></p><p><b>　　4 結 論</b></p><p>　　本次設計的是注塑機專用斜臂式單臂機械手，本設計的機械手驅動裝置均為氣缸采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，

89、能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)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(huán)境。同時成本低廉。主臂和大部分連接件均采用鋁合金材質，大大減少了機器手整體重量，具有很高的經濟型。本設計機械手采用PLC控制，其可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)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PLC程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕C械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。</p><p>

90、　　在注塑行業(yè)，機械手可以使每一模的產品生產時間固定化，同樣的塑化時間，射出時間，保壓時間，冷卻時間，開關模時間，會較大提高產品的成品率。通過使用機械手，可大大減少工人成本，減少勞動強度， 所以設計機械手是很有必要的，相信通過這次設計，我一定會在以后的工作崗位中有更好的發(fā)揮。</p><p><b>　　5 致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計在指導教師華

91、國新的悉心指導下順利的完成了，指導老師在整個畢業(yè)設計期間給予作者很大的幫助和關懷。老師們那種嚴謹、求實的科學態(tài)度，認真負責的工作態(tài)度，使學生受益匪淺。特別是在設計過程中遇到困難時，老師能給予了很大的幫助，使我渡過難關。老師對待學生與工作的態(tài)度值得學生學習，在這里對指導老師表示最衷心的感謝，在畢業(yè)設計期間的指導將使作者受益終生。</p><p>　　同時感謝老師們在畢業(yè)設計期間的關懷，以及給予學生的無私的幫助和指導

92、，感謝你們在設計期間給作者提出的寶貴意見和建議。</p><p>　　感謝我的導師和同學們在課題研究中給予我的指導與幫助。感謝我周圍的親人和朋友們對我的關心。最后，向熱心評審論文和參加答辯的老師們致以最衷心的感謝！</p><p><b>　　6參考文獻</b></p><p>　　[1] 鄭洪生.氣壓傳動及控制.北京：機械工業(yè)出版社.2007

93、.4</p><p>　　[2]李超.氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā).陜西科技大學.2003.8</p><p>　　[3]徐鋼濤等.機械設計基礎.北京:高等教育出版社.2008.6</p><p>　　[4]王雄耀.近代氣動機器人氣動機械手的發(fā)展及應用.2004.2</p><p>　　[5]運文強.機械手執(zhí)行機構之探析.機械工業(yè)出版20