序运动轨迹运动速度及时间，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械臂机构的动作进行监视，当动作有或发生故障时即发出报警信号。 四位置检测装置控制机械臂机构执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以定的精度达到设定位置第二章机械臂机构的整体设计方案对气动机械臂机构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。 设计气动机械臂机构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臂机构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本次设计的机械臂机构是通用气动上下料机械臂机构如图所示，是种适合于成批或中小批生产的可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。 它可用于操作环境恶劣的场合。 图机械臂机构的整体机械结构机械臂机构的座标型式与自由度按机械臂机构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。 由于本机械臂机构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。 相应的机械臂机构具有三个自由度，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。 如图所示图机械臂机构的运动示意图机械臂机构的手部结构方案设计为了使机械臂机构的通用性更强，把机械臂机构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社，黄锡恺，郑文伟机械原理北京人民教育出版社，成大先机械设计图册北京化学工业出版社郑洪生气压传动及控制北京机械工业出版社，吴振顺气压传动与控制哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，徐永生气压传动北京机械工业出版社三自由度机械臂机构设计第章绪论工业机械臂机构概述随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。 由于微电子技术和计算软硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械臂机构技术快速发展，其中气动机械臂机构系统由于其介质来源简便以及不污染环境组件价格低廉维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。 本文讲述的气动机械臂机构有气控机械臂机构轴丝杠组转盘机构旋转基座等机械部分组成。 主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运货物运输更快捷便利。 随着工业自动化程度的提高，机械臂机构的应用领域越来越广。 机械臂机构能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取搬运工件或操纵工具。 机械臂机构可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度提高生产效率。 气压传动机械臂机构是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械臂机构。 其主要特点是介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。 但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重般在公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械臂机构的结构大，所以适用于高速轻载高温和粉尘大的环境中进行工作。 气动传动具有以下优势介质提取和处理方便。 气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，般不需设置回收管道和容器介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小般不卜浇塞仅为油路的千分之，空气便于集中供应和远距离输送。 外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。 动作迅速，反应灵敏。 气动系统般只需要即可建立起所需的压力和速度。 气动系统也能实现过载保护，的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械臂机构的动作进行监视，当动作有或发生故障时即发出报警信号。 位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以定的精度达到设定位置执行机构包括手部手腕手臂和立柱等部件。 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。 手指结构取决于控制系统驱动系统气压传动执行机构位置检测装置手部手腕手臂立柱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。 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。 传力机构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。 手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位即姿势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。 机械臂机构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仰运动均与立柱有密切的联系。 机械臂机构的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 机座机座是机械臂机构的基础部分，机械臂机构执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。 二驱动系统驱动系统是驱动工业机械臂机构执行机构运动的。 它由动力装置调节装置和辅助装置组成。 常用的驱动系统有液压传动气压传动机械传动。 三控制系统控制系统是支配着机械臂机构按规定的要求运动便于自动控制。 能源可储存。 压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。 工作环境适应性好。 在易燃易爆多尘埃强磁强辐射振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。 成本低廉。 由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。 传统观点认为由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难尤其在高速情况下，似乎更难想象。 此外气源工作压力较低，抓举力较小。 虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械臂机构，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这体系己经取得的系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械臂机构气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。 气动机械臂机构的设计要求课题的设计要求本课题将要完成的主要任务如下机械臂机构为通用机械臂机构，因此相对于专用机械臂机构来说，它的适用面相对较广。 选取机械臂机构的座标型式和自由度。 设计出机械臂机构的各执行机构，包括手部手腕手臂等部件的设计。 为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。 气压传动系统的设计本课题将设计出机械臂机构的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。 机械臂机构的控制系统的设计本机械臂机构拟采用可编程序控制器对机械臂机构进行控制，本课题将要选取型号，根据机械臂机构的工作流程编制出程序，并画出梯形图。 机械臂机构的系统工作原理及组成机械臂机构的系统工作原理框图如图所示。 图机械臂机构的系统工作原理框图机械臂机构的工作原理机械臂机构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。 同时按其控制系统由度手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械臂机构适应复杂的动作要求。 手腕自由度的选用与机械臂机构的通用性加工工艺要求工件放置方位和定位精度等许多因素有关。 由于本机械臂机构抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设绕轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油气缸，因此我们选用回转气缸。 它的结构紧凑，但回转角度小于，并且要求严格的密封。 手腕的驱动力矩的计算手腕转动时所需的驱动力矩手腕的回转上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径定片端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩图所示为手腕受力的示意图。 工件手部手腕图手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算封摩偏惯驱式中驱驱动手腕转动的驱动力矩惯惯性力矩偏参与转动的零部件的重量包括工件手部手腕回转缸的动片对转动轴线所产生的偏重力矩封手腕回转缸的动片与定片缸径端盖等处密封装置的摩擦阻力矩下面以图所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算手腕加速运动时所产生的惯性力矩悦若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间