基于控制四自由度气动式机械手设计摘要根据安装空间选择弹簧中径，估算弹簧丝直径试算弹簧丝直径取。根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数选择标准为，弹簧的总圈数圈最后确定，对于压缩弹簧稳定性的验算对于压缩弹簧如果长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了避免这种现象压缩弹簧的长细比，本设计弹簧是端自由，根据下列选取当两端固定时当端固定端自由时，当两端自由转动时，。弹簧，因此弹簧稳定性合适。疲劳强度和应力强度的验算。对于循环次数多在变应力下工作的弹簧，还应该进步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算如果变载荷的作用次数，或者载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算。现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式选取力学性精确能高经过上式校核，弹簧满足要求。.本章小结本章对机械手的手部和手爪进行了设计，并且对夹紧气缸进行了选取计算，对夹持范围和夹持精度进行了计算，最后对弹簧强度进行了校核，符合使用要求。腕部的设计计算.腕部设计的基本要求力求结构紧凑重量轻腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。.腕部的结构以及选择典型的腕部结构具有个自由度的回转驱动的腕部结构。它具有结构紧凑灵活等优点而被广腕部回转，总力矩，需要克服以下几种阻力克服启动惯性所用。回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定般小于。齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，般适用于悬挂式臂部。具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。机液结合的腕部结构。腕部结构的选择结合任务书设计要求，手腕要求旋转度，考虑上述经典结构，选择具有个自由度的回转腕部结构，气压传动。.腕部的驱动力矩计算腕部在回转时般要克服以下种阻力腕部回转摩擦处的摩擦力矩为简化计算，般取克服由于工件重心偏置所需的力矩式中工件重量工件重心到手腕回转轴线的垂直距离克服启动惯性所需的力矩启动过程近似等加速，按下式计算或者按照腕部角速度和启动时所转过的角度计算式中工件对手腕回转轴线的转动惯量手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量手腕回转过程中的角速度启动过程所需的时间，般取启动过程所转过的角度。手腕回转所需的总的阻力矩是上述三项之和，即设夹取棒料半径，长度，重量，当手部回转时，将手爪手爪驱动气压缸及回转气压缸等效为个圆柱体，长为，半径为，其重力，启动过程所转过的角度.，等速转动角速度。因为工件夹持在手抓中间位置，所以工件重心到手腕回转轴线的垂直距离为，查取转动惯量公式有代入.腕部工作压力的计算表气压缸的内径系列设定腕部的部分尺寸根据表设缸体内空半径，考虑到实际装配问题后，其外径为动片宽度，输出轴。由于实际气压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩，则回转缸工作压力，选择.。.气压缸盖螺钉的计算图缸盖螺钉间距示意图表螺钉间距与压力之间的关系工作压力基于控制四自由度气动式机械手设计摘要要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。无给油化为了适应食品医药生物工程电子纺织精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料如烧结金属石墨材料的出现，构造特殊用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油不污染环境，而且系统简单摩擦性能稳定成本低寿命长。机电气体化由“可编程序控制器传感器气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”省配线的复合集成系统，不仅减少配线配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而的输出功率在增大，由直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手气动控制越来越离不开，而阀岛技术的发展，又使在气动机械手气动控制中变得更加得心应手。总之，随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事医疗卫生食品加工生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗保健生物技术和产业教育救灾海洋开发机器维修交通运输和农业水产等领域得到应用。.本课题研究内容研究内容是设计个由控制的四自由度气动式机械手，机械手能完成手爪夹紧放松，手腕旋转，手臂伸缩，腰部的上升下降和机座的旋转功能。并且画出机械手的总装图和各部件的零件图。并且根据课题，设计出机械手的气路系统，包括元器件的选取和回路的设计，画出气路原理图。机械手控制部分由完成，通过设计要完成的选型的外部接线图以及根据机械手的流程图编写出梯形图。.课题研究的意义伴随着机电体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是机械手系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之。如蛇形机械手的出现，帮助人类完成了许多危险区域的任务。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识它能部分地代替人工操作能按照生产工艺的要求，遵循定的程序时间和位置来完成工件的传送和装卸广泛的应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。巴雷特机械手就是其中的典型代表，个在运行中能调整自己适应环境并安全的变成各种各样形状的个智能化高度灵活的八轴夹持器。机械手的总体设计方案.机械手的工作原理及系统组成机械手的工作原理机械手主要由执行机构驱动系统控制系统以及位置检测装置等所组成。在程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有定速度和时间的动作。执行机构包括手部手腕手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。.手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指或手爪和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，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，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状被抓部位是外廓或是内孔和物件的重量及尺寸。传力机构通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构的型式较多时常用的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。.手臂手臂是支承被抓物件手部手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的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与驱动源如液压气压或电机等相配合，以实现手臂的各种运动。.立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的部分，手臂的回转运动和升降或俯