空心杆截面积系数，查手册材料弹性模量，对钢取材料强度实验值，对钢取系数，对钢取查阅机械手册气缸设计章由表得安装方式为固定自由式，取，代入公式至实心杆半径由于，用公式所以该活塞杆满足稳定性条件。驱动力校核测定手爪与手爪夹紧气缸质量为，估算为，设计加速度，则惯性力原式。考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，总受力为因为，所以该气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。前后运动气缸部分质量估算活塞杆及导向套材料采用钢缸体采用铝合金连接件采用。查相关手册，号钢密度为.的密度为.密度为.经计算，可算出质量约为.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，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。目前常采用的导向装置有单导向杆，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。.本章小结本章主要对机械手的手臂结构进行了设计计算，确定了手臂气缸的具体尺寸，对活塞杆进行了计算和稳定性的校核。导向装置选用单向导杆。机械手腰部和基座结构设计及计算.结构设计通过安装在机座上的旋转气缸转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在转动壳体上的气缸实现手臂的上下移动。采用了双导柱导向，以防止手臂在气缸活塞杆上转动，确保手臂随机座可以起转动。支撑梁采用铝合金，以减轻重量和节省材料。.控制手臂上下移动的腰部气缸的设计确定主要尺寸气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合末端执行器的尺寸以及伸缩气缸的结构尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为。由,可得活塞杆直径圆整后，取活塞杆直径。查手册取气缸工作压力。由公式计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。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。得。缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算气缸缸筒材料采用为铝合金,代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为手部活塞杆行程长确定按设计要求，腰部上下运行距离为，即。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有定的余量。故行程查有关手册圆整为。活塞杆稳定性的计算当活塞杆的长度时，般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆稳定性条件公式当长细比时，用公式实心杆回转半径实心杆截面积系数，由查表安装方式为固定固定式，得材料强度实验值，对钢取系数，对钢取代入公式至得，所以该活塞杆满足稳定性条件。上下移动气缸部分质量估算活塞杆及导向套材料采用钢，缸体采用铝合金，连接件采用。查相关手册，可得号钢密度为.的密度为.密度为.经计算，可算出质量约为所以总质量约为气缸结构设计缸筒和缸盖的连接查阅机械设计手册，选择拉杆式螺栓连接。该结构简单，易于加工，易于装卸。活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接半环连接和锥销连接。该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。密封气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。采用型密封圈。工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式脚架式支座式铰轴式。由于结构需要，该气缸用法兰式安装连接。.导向装置气压驱动的机械手臂在进行上下运动时，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，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。在本设计中才用双导向杆来增加腰部的刚性和导向性。.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，减少手爪侧的重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸侧加装平衡装置，根据抓取物体的重量和气缸的运行参数配块重量为的铁块。这样，机械手臂的倾覆力矩就非常小，不会有翻到的状况发生。.机身回转机构的计算旋转气压缸所需，。计算将回转部件等效为个圆柱体，长为，半径为，其重力，设启动的角速度，启动时间.，所以.的计算为了方便计算所以回转气压缸参数计算如下设，工作压力，则由得所以圆整取气压缸的内径为。.本章小结本章对机械手的腰部和机座部分进行了设计计算，确定了腰部气缸的内径和活塞杆直径，算出了壁厚，并对活塞杆的稳定性进行了校核。导向装置采用双向导杆，在横梁端部加装平衡装置减少倾覆力矩。机械手的控制系统设计.气压传动系统工作原理图图为机械手的气压传动系统工作原理图，表为气路元件图。气源是由空气压缩机通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器调压阀油雾器这气动三联件，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。图四自由度机械手气路原理图表气路元件图序号型号规格名称数量手动截止阀储气缸分水滤气器减压阀油雾器压力继电器二位二通电磁阀二位五通电磁阀单向节流阀行程开关.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国际上生产可编程序控制器的厂家很多，有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。考虑到本课题机械手的输入输出点少，流程简单，同时又要考虑到成本，因此选择了三菱电机公司的系列。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四个阶段。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进入状态表后，工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，又返回执行下个循环的扫描周期。.可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象机器设备或生产过程构成个自动控制系统时，通常以七个步骤进行系统设计即确定被控对象的工作原理，控制要求，动作及动作顺序。分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号。此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器或，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下步的助记符程序转换过程。助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。编制程序即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计包括画梯形图助记符程序编辑甚至调试也可在别的工具上进行。如机，只要这个机器配有相应的软件。保存程序调试通过的程序，可以固化在中或保存在磁盘上备用。.机械手可编程序控制器控制方案控制系统的工作原理及控制要求控制对象为圆柱坐标式气动机械手。它具有四个自由度，手腕的旋转，手臂的伸缩，腰部的上升下降及机座的旋转。此外，末端执行装置还可完成抓放功能。以上各动作都采用气动方式驱动。气动方式用四个二位五通电磁阀分别控制四个气缸，个二位二通电磁阀控制夹紧气缸，使机械手完成手腕旋转手臂伸缩腰部升降机座旋转和手爪张合动作。这样，可用的个输出端与电磁阀相连，经过编程，使电磁阀各线圈按定顺序启动，使机械手按预先安排的动作顺序工作。控制要求为了满足工作需要，机械手应该设置手动工作方式和自动工作方式。．手动工作方式手动工作方式分为手动操作和回原点操作，这样便于对设备进行调试。使用者可以用按钮对机械手每动作单独进行控制。．自动工作方式自动工作方式分为单步，单周期和连续运行。按下起动按钮，机械手根据所选择的方式运行。气动机械手的工作流程气动机械手的自动控制工作流程如图所示图机械手自动控制工作流程框图分配及原理接线图根据系统输入输出点的数目，选用三菱公司的系列，它有个输入点个输出点。原理接线图如图所示。图原理接线图梯形图设计根据机械手的流程图及分配，可以画出梯形图。梯形图包括回原点程序，手动操作程序单步单周期和自动连续运行程序。公用程序图公用程序梯形图公用系统程序用于自动程序和手动程序相互切换的处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初步以外的各步对应的辅助继电器复位，同时将表示连续工作状态的复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。手动程序图手动程序梯形图手动工作时用对应的个按钮控制机械手的夹紧放松上升下降左行右行手腕和机座的旋转。并且为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了些必要的自锁。回原点程序图回原点程序梯形图在回原点工作方式中，按下回原点启动按钮，变为,程序结束后，原点条件满足，变为，在公用程序中，初始步被置位，为进入自动方式做好了准备。自动运行程序，包括单步单周期和连续运行。图自动运行程序梯形图系统工作在连续单周期工作方式时，的常闭触点接通，使为，串联在各步电路中的的常开触点接通，允许步与步之间的转换。本程序为单周期单步和连续自动运行程序的共用程序。指令语句表.公用程序.回原点程序.手动程序.自动程序.本章小结本章对进行选型，并且按照机械手的流程图编写对应的梯形图。完成了的外部接线图，对接口进行了分配。机械手的运行方式设计成手动回原点单步单周期和自动连续运行这五种方式，通过软件完成梯形图的编