（优秀毕业全套设计）气动机械手回转臂结构设计（整套下载）

课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下进行气动机械手的总体研究，并进行整体运动方式设计设计气动机械手气路设计，进行关键部件的设计计算设计气动机械伸缩回转臂部分结构，进行关键部件的设计计算人工移动式无动力点位示教部分控制软件设计与上位监控系统设计第二章机械手的设计方案对气动机械手的基本要求是能快速准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度快速反应定的承载能力足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。

设计气动机械手的原则是充分分析作业对象工件的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取搬运时的受力特性尺寸和质量参数等，从而进步确定对机械手结构及运行控制的要求尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制机械手的座标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式圆柱座标式球座标式和关节式。

由于本机械手在上下料时手臂具有升降收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。

相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加个手臂上下摆动的自由度图机械手的运动示意图机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。

.机械手的手腕结构方案设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。

因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转气缸。

.机械手的手臂结构方案设计按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩左右回转和降或俯仰运动。

手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。

手臂的各种运动由气缸来实现。

.机械手的驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。

.机械手的控制方案设计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对机械手进行控制。

当机械手的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。

.机械手的主要参数.机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气动方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，结合工业生产的实际情况，本设计设计抓取的工件质量为.公斤.基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。

操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。

而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。

该机械手最大移动速度设计为.。

最大回转速度设计为。

平均移动速度为.。

平均回转速度为。

.机械手的技术参数列表用途用于自动输送线的上下料。

二设计技术参数抓重.自由度数个自由度座标型式圆柱座标手臂运动参数伸缩行程伸缩速度升降行程升降速度回转范围回转速度手腕运动参数回转范围回转速度手指夹持范围棒料定位方式行程开关定位精度驱动方式气压传动控制方式点位程序控制采用第三章手臂伸缩，回转气缸的尺寸设计与校核.手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核手臂伸缩气缸方案的尺寸设计与校核为方便大规模生产需求以及采购，根据实验设计要求，手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用型气缸，尺寸系列初选内径为在校核尺寸时，只需校核气缸内径，半径.的气缸的尺寸满足使用要求即可，设计使用压强，则驱动力.测定手腕质量为，设计加速度，则惯性力.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，.总受力所以标准气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求要求。

手臂伸缩部分方案二的尺寸设计与校核为使所设计的机械手拥有更高精度，同时便于安装调试，现设计手臂伸缩部分第二套方案。

活塞杆上输出力和缸径的计算活塞左行时活塞杆产生推力，活塞右行时产生拉力。

式中活塞杆的推力活塞杆的拉力活塞直径活塞杆直径气缸工作压力气缸工作总阻力气缸工作时的总阻力与众多因素有关，如运动部件惯性力，背压阻力，密封处摩擦力等.以上因素可以载荷率的形式计入公式，如要求气缸的静推力和静拉力，则计入载荷率后计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特征.若气缸动态参数要求较高且工作频率高，其载荷率般取，速度高时取小值，速度低时取大值.若气缸动态参数要求般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。

根据要求本次设计中，我们取。

活塞杆拉力为克服机械手的自重.和克服抓取物的重量.所用的力为可求得气缸直径。

当推力作功时活塞杆可根据气缸拉力预先估定。

估定活塞杆直径可按计算得式中系数在缸径较大时取小值，缸径较小时取大值。

以上公式计算出的气缸内径应圆整为标准值。

根据可估算得活塞杆的计算按强度条件计算当活塞杆的长度较小时，可以只按强度条件计算活塞杆直径式中气缸的推力活塞杆材料的许用应力，材料的抗拉强度安全系数，.。

按纵向弯曲极限力计算气缸承受轴向压力以后，会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力以后，活塞杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。

该极限力与缸的安装方式活塞杆直径及行程有关。

当长细比时当长细比时式中活塞杆计算长度，见表活塞杆横截面回转半径，实心杆空心杆活塞杆横截面惯性矩，实心杆空心杆空心活塞杆内径直径活塞杆截面积实心杆空心杆系数，见表材料弹性模量，对钢取材料强度实验值，对钢取系数，对钢取.导向装置气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。

具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。

导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

平衡装置在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。

.手臂回转气缸的尺寸设计与校核尺寸设计气缸长度设计为，气缸内径为，半径，轴径半径，气缸运行角速度，加速度时间.，压强，则力矩尺寸校核．测定参与手臂转动的部件的质量，分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在个半径的圆盘上，那么转动惯量考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定摩擦系数，总驱动力矩设计尺寸满足使用要求。

第四章气动系统设计．气压传动系统工作原理图图为该机械手的气压传动系统工作原理图。

它的气源是由空气压缩机排气压力大于通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器调压阀油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。

图机械手气压传动原理图各执行机构调速。

凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。

如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可以加快启动速度，也可调节全程上的速度。

升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂上升速度。

由于手臂可自重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。

气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。

为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器。

这样可以省去电磁阀和切换调节阀或行程节流阀的气路阻尼元件。

电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸行程速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。

第五章机械手的控制设计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对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。

.可编程序控制器的选择及工作过程可编程序控制器的选择目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的系列，德国西门子公司的系列日本立石公司的型型等。

本次设计中选择了公司的的可编程序控制器。

是家族中的小型可编程控制器，适用于各行各业各种应用场合中的检测监测及控制的自动化。

的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制，到极复杂的自动化控制，应用领域极为广泛。

的应用范围覆盖所有与自动检测自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床机械电力设施民用设施环境保护设备等。

在全世界拥有数以百万计的成功应用案例，无论是单独运行，还是联网应用。

将高性能与小体积集成体，运行快速，并且提供了丰富的通信选项，具有极高的性能价格比。

的系统的硬件软件都易于使用。

系统坚持贯的模块化设计，不但能够经济地满足目前的项目要求，也为将来扩展提供了开放的接口。

易于编程，引入了编程工具箱概念，设计了许多编程向导以方便用户完成些比较复杂的程序设计工作。

继承了的优良品质和卓越性能，适用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动监测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种纺织机械中央空调印刷机械包装机械工程机械小型机床楼宇自控民用设施环境保护设备等等。

的出色性能表现在•极高的可靠性•极丰富的指令集•易于掌握•便捷的操作•丰富的内置集成功能•实时特性•丰富的扩展模块图外形结构•及其扩展模块安装在标准的的导轨上•模式选择开关开关拨到，则运行在上电时，会自动运行开关拨到，停止开关拨到时，不改变当前操作模式。

当模式选择开关打在或状态时，可以使用编程软件来控制的运行停止。

•和上有两个通信口图正面图侧面图扩展模块正面图侧面可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。

为此采用了循环扫描的工作方式。

具体的工作过程可分为个阶段。

第阶段是初始化处理。

可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。

输入输出状态暂存器也称为状态表.该表是个专门存放输入输出状态信息的存储区。

其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。

开机时，首先使状态表清零，然后进行自诊断。

当确认其硬件工作正常后，进入下阶段。

第二阶段是处理输入信号阶段。

在处理输入信号阶段，对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到状态表中存放。

在同扫描周期内，各个输入点的状态在状态表中直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。

第三阶段是程序处理阶段。

当输入状态信息全部