计设计气缸内径为,半径.,气缸运行时加速度时间.,压强.,则驱动力尺寸校核根据手腕加手爪总质量为.,则重力设计加速度，则惯性力考虑活塞和其他连接件的摩擦力，若摩擦系数总受力为所以，设计尺寸符合要求。活塞行程设计按设计要求，手臂伸缩行程为，为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程应留有定的余量，因此行程查机械设计手册圆整为。活塞杆的直径和长度校核气缸拉力为.气缸推力为本次设计采用实心活塞杆，.活塞杆的直径活塞杆计算长度.安装方式为固定固定式，则细长杆比根据活塞杆稳定性条件，气缸承受纵向推力达到极限力以后，活塞杆会产生轴向弯曲，出现不稳定现象。因此，必须使推力负载气缸工作负载与工作总阻力之和小于极限力。公式为式中活塞杆计算长度，单位活塞杆横截面回转半径，单位活塞杆横截面面积，单位材料强度实验值，查阅机械设计手册，对于钢材料系数，查阅机械设计手册，对于钢材料代入有关的数据，得到安全系数则所以，满足活塞杆稳定性条件。缸筒壁厚计算缸筒直接承受压缩空气压力，要有定厚度。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式中缸筒壁厚，单位气缸内径，单位气缸实验压力，取气缸工作压力缸筒材料许用应力,本课题手臂伸缩气缸筒材料用为铝合金，代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为耗气量的计算气缸的耗气量与缸径行程工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积死容积有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为式中，气缸缸径，活塞杆直径，活塞行程，气缸活塞每分钟往复的次数此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关。特殊情况外，般气缸的进气口排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算式中，工作压力下气缸的耗气量，空气流经进排气口的速度，般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照气缸气口螺纹选择合适的气口螺纹。因此，升降气缸质量估算其中，活塞杆及导向套材料采用钢，缸体以及连接板件采用铝合金。查机械设计手册，号钢密度为.的密度为.经计算，总质量约为缸筒与缸盖的连接形式设计缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接螺钉式缸筒螺纹卡环等，参见表。对于双头螺栓和螺栓连接，般是四根螺栓，但是对于工作压力高于时，定要校核螺栓强度，必要时增加螺栓数量。查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接，采用根螺栓。该结构简单，易于加工，易于装卸。由于工作压力小于，故无须校核螺栓强度。密封形式的选择密封的好坏，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，对保证气缸正常工作非常重要。对密封元件的要求如下密封性好，耐磨磨损，使用寿命长。稳定性好，不易膨胀和收缩，难于溶解，不易老化及软化。摩擦力小。密封件表面平光滑，无气泡杂志凹凸等缺陷。被密封表面粗糙度对密封远见的使用寿命有重要影响，表面粗糙度应在左右。结构简单，成本低。密封元件的材料耐油橡胶聚氨酯夹织物橡胶聚氯乙烯灰铸铁或耐磨铸铁活塞环和铬鞣牛皮等。密封元件的形状型密封圈型小型型型型和型密封圈以及金属活塞环等。型密封圈工作可靠，静摩擦因数大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广，但其使用寿命比其他几种稍低些。对于动密封，小型密封圈应用较广，它的摩擦应属较其他几种小，磨损后又自补偿功能，使用寿命比其他高。因此本次设计使用型密封圈。其特点是密封圈工作可靠，静摩擦因数大，活塞的结构比较简单，目前的使用的范围较广，但其使用寿命比其他几种稍低些。对于动密封，小型密封圈应用较广，它的摩擦应属较其他几种小，磨损后又自补偿功能，使用寿命比其他高。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伸缩运动时，为了保证手指方向正确，并使活塞杆不受较大的弯矩作用，增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，采用导向装置。具体的安装形式根据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，双导向杆等，在本设计中用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。.手臂回转的结构设计尺寸设计拟定选择气马达的型号为，其气缸长度为,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。则转动力矩尺寸校核估算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,总驱动力矩因此，设计尺寸满足使用要求。耗气量的计算气缸的耗气量与缸径行程工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积死容积有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为式中，气缸缸径，气缸的最大速度，使用压力，此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关。特殊情况外，般气缸的进气口排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算式中，工作压力下气缸的耗气量，空气流经进排气口的速度，般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照气缸气口螺纹选择合适的气口螺纹。因此，回转气缸总重量估算其中轴采用钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金查机械设计手册，号钢密度为.的密度为.回转气缸部分总质量约为轴的校核此处的轴受到扭矩的作用，因此要进行扭转强度的校核。因此只需满足就能达到要求。代入由于此设计采用的是钢，因此得到所以轴的扭转强度满足条件。.升降气缸与回转气缸连接部分的结构设计该设计利用升降部分法兰盘与连接套两者连接，并用键和螺栓将升降与回转两部分连接的方式。转动部分采用的轴承交叉滚子轴承是将外圈和内圈的壁厚做的很薄的小型轻量的交叉滚子轴承，既小型又能承受较重负荷，因此设备上轴承的安装部位都可以轻量化，最适合于机器人的手部等旋转关节部位。故选择洛阳普瑞森精密轴承有限公司生产的型薄壁交叉滚子轴承型号为。键的校核根据产品的设计，选择键型号,键的工作长度，键的接触高度，传递的转矩。按机械设计查得，键静联接时的挤压许用应力。代入数据，得到，键联接强度满足。气动传动系统设计.气压传动系统的工作原理图机械手共有个气缸，分别驱动手抓开合手腕的回转手臂伸缩运动手臂升降运动以及手臂的运动。它的气源是空气压缩机通过快换接头进入储气缸，通过分水滤气器，减压阀，油雾器气动三联件进入各并联气路上的电磁阀，从而起到对机械手的控制。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，与选用的电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。通过在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调节各通行机构的速度，这种方法的特点是结构简单效果好。手臂伸缩气缸和手臂升降气缸在回路上安装两个快速排气阀，可加快启动速度。并且手臂升降气缸采用气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度的调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。并由行程开关控制对行程进行控制。图气动原理图表气动元件表序号型号名称数量手动截止阀储气缸分水滤气器减压阀油雾器二位五通电磁阀二位三通电磁阀单向节流阀行程开关气源通过手动截止阀使气体进入储气缸，将储气缸与气动三联件相连，其中调压阀可对气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤。过滤器用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水份，避免水份随气体进入装置。油雾器可对机体运动部件进行润滑，可以对不方便加润滑油的部件进行润滑，大大延长机体的使用寿命。手臂和手腕的回转气缸通过两位五通电磁换向阀来进行进气和出气，同时在端安放单向节流阀起到调速的作用。在升降气缸和伸缩气缸部分，均通过传感器来检测到位情况，同时在进气和出气两端均安放单向节流阀起到调速的作用。加紧气缸部分，由于采用弹簧式气缸，只需端进出气，其复位是利用弹簧的收缩，因此选择两位三通电磁阀，同时安放单向节流阀起到调速的作用。通过前几章计算得到的耗气量的值，由于此次设计的机械手是单动作，因此每次动作只有个气缸运动，所以气源的选择只需满足最大耗气量的要求。因此，只需气源流量大于.即可。机械手的控制设计.可编程序控制器的选择目前，世界上有多个厂家生产，其中较有名的有美国的通用电气莫迪康公司日本的三菱富士欧姆龙松下电工等德国的西门子公司法国的施耐德公司韩国的三星公司等。考虑到本次设计机械手的输入输出点并不是很多，且工作流程较为简单，从制造成本出发，因此在本次设计中选择采用三菱公司的系列可编程序控制器。.可编程序控制器的工作原理有两种基本的工作方式，运行模式和停止模式。在运行模式，通过反复执行用户程序来实现控制功能。为了使的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行次，而是不断地重复执行，直至停机或切换到模式。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，还要完成内部处理通信处理等工作，次循环可以分为个阶段，见表。的这种周而复始的循环工作方式称为扫面工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。表扫描过程在内部处理阶段，检查模块内部的硬件是否正常，将监控定时复位，以及完成些其他内部工作。在通信服务阶段，与其他的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。处于模式时，只执行以上的操作。处于模式时，还要完成另外三个阶段的操作。在的存储器中，设置了片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，他们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。梯形图中的其他编程元件也有对应的映像寄存区，它们统称元件映像寄存器。在输入处理阶段，把所有外部输入电路的接通断开状态读入输入映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下个扫描周期的输入阶段被读入。在输出处理阶段，将输出映像寄存器的状态传送到输出锁存器。梯形图中输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器的线圈“断电”时，对应的输出映像寄存器为状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开。.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气动机械