毕业设计（论文）瓶阀检测流水线拣选工位机构设计.doc

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1、宁波理工学院 毕业设计（论文） 题 目 瓶阀检测流水线拣选工位机构设计姓 名 xxx 学 号 xxxxxxxxxx 专业班级 xxxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师 xxxxxxx 分 院 xxxxxxxxxxxxx 完成日期 xxxxxxxxxxxx 摘 要 瓶阀拣选工位是能通过PLC控制，根据瓶阀气密性、流量、内螺纹和压口格进行分类。首先对瓶阀拣选工位进行了总体方案的比较和选择，传动机构的比较和选择，驱动机构的比较和选择，手抓的比较和选择，工作流程的设计，确定产用齿轮式传动、气缸驱动的直角坐标式机械手，手抓产用滑槽杠杠式；然后对手抓的夹紧力、夹紧范围和驱动力，手臂的驱动力和齿轮的大小

2、，进行理论计算；接着选择具体型号的气缸，设计出具体的齿轮和齿条，对手抓进行具体结构设计，并进行合理的安装；最后对对本次的设计进行总结。关键词：拣选工位；瓶阀；理论计算；结构设计Abstract Selected station valve is controlled through the PLC,According to valve leak, flow, pressure port threads and within the classification grid.First, valve stations were selected for comparison and selecti

3、on of the overall program,Comparison and selection of transmission,Comparison and selection of drive mechanism,Comparison and Selection of grasping,Design ,Determine the production gear type transmission, cylinder-driven manipulator,Clutch lever-style production with a slide,Then grab the clamping f

4、orce opponents, clamping range and driving force, the driving force of arms and gear size, the theoretical calculation;Then select the specific type of cylinder, designed specific gear and rack, grab opponents carry out specific design and installation of a reasonable;Finally, the design of the seco

5、nd summary.Keywords: Selected station；Scheme Comparison;Theoretical;Structural Design;Summary目 录摘 要2Abstract3第一章 绪 论51.1引言51.2工业机械手的国内外发展状况61.3气动机械手发展状况81.4课程任务101.5进度的安排11第二章 总体方案的确定122.1 主体结构的比较和选择122.2 传动机构的比较和选择122.3机械手手部方案的比较和选择152.3.1斜楔杠杆式152.3.2滑槽杠杆式152.3.3连杆杠杆式162.3.4齿条齿轮杠杆式162.4驱动方案的比较和选择17

6、2.5抓取工件参数及路径规划18第三章 理论计算193.3 手指驱动力及夹紧力的计算193.3.1 手指的受力分析193.3.2 手指的夹紧范围计算213.4手指气缸的缸径计算213.5手臂的设计要求223.6手臂气缸的计算223.6齿轮受力分析233.7升降气缸的计算24第四章 具体结构设计244.1气缸的选择244.1.1气缸类型的选择244.2齿轮和齿条的设计274.2.1轴的设计284.2.2齿轮的安装294.3固定齿条的安装294.4移动齿条的安装304.4.1轨迹滑槽的设计304.5手抓的结构设计和安装304.6机身的设计31第五章 结论32第一章 绪 论1.1引言一般而言，拣选分

7、为人工处理、结合人工处理的半自动化辅助拣选和全自动拣选三种方式。人工处理即传统的纸张拣选，所有操作过程均由人工完成。而半自动化辅助拣选技术，主要分为人到货和货到人两大类。其中，人到货方式包括无线数据采集终端或小车辅助拣选(RF Terminal/RF Picking Cart)、数字亮灯辅助拣选(Pick to Light/Put to Light)、语音辅助拣选(Voice PiCking)；货到人方式包括自动存取系统AS/RS及垂直/水平回转库存取系统。全自动拣选则完全不需要人的操作，主要通过机械手或专用设备进行拣选。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或

8、操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。气动技术这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。目前，伴随着微电子技术、通用技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目

9、标，得到了前所未有的发展。另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代工业生产领域。现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。1.2工业机械手的国内外发展状况工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检

10、测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统；实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断发展和提高，机械手的应用领域日益扩大。工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，1962年美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手，命名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做存储装置。不少球面坐标式机械手就

11、是在这个基础发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成立万能自动公司，专门生产机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可作点位和轨迹控制；该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1mm。联邦德国机器制造业是从19

12、70年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业；联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本式工业机械人发展最快，是应用最多的国家，自1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前已成为世界上工业机械手（机器人）应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（10861990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中

13、，并且为此项目投入的大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所（SIA）和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DC-PWM等等。我国的工业机械手（或第一代机械手）发展主要是逐步扩大其应用范围；在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和

14、组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于更换工件，扩大了应用范围。1.3气动机械手发展状况气动技术这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。目前，伴随着微电子技术、通用技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代工业生产领域。现

15、代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。据统计：在工业发达国家中，全部自动化流程中约有30%装有气动系统，有90%的包装机械，70%的铸造、焊接设备，50%的自动操作机，40%的锻压设备和洗衣设备，30%的采煤机械，20%的纺织机械、制鞋业、木材加工业、食品机械，43%的工业机器人装有气压系统。日、美、德等国的气动元件销售平均每年增长超过10-15%。许多工业发达国家的气动元件产值已接近液压元件的产值，且仍以较大速度发展。完全可以想象，类同“家用电器”，将来会出现“家用气动”这样的名词为人们熟知。工业机器人使用最多的一种驱动方式是电机驱动。驱动电机一般采用步进电机、直流伺服电机以及

16、交流伺服电机。由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。这类机器人的特点是控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。但是由于这类机器人价格昂贵，限制了在一些场合的广泛应用。因此，人们开始寻求其它一些经济适用的机器人驱动方式。随着气动技术获得了快速发展，其中利用成本性能比低廉及同时具有许多优点的气动机械手设备来满足社会生产实践需要也越来越多的受到重视，气动机械手技术已经成为能满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。工业自动化技术发展至今，气动定位系统已经由传统的两点定位，发展到任意位置定位

17、。传统的气动系统只能在两个机械调定位置可靠定位，并且其运动速度只能靠单向节流阀单一调定的状态，经常无法满足许多设备的自动控制要求。因而电-气比例和伺服控制系统，特别是定位系统得到了越来越广泛的应用。因为采用电-气伺服定位系统可非常方便地实现多点无极定位（柔性定位）和无极调速，此外利用伺服定位气缸的运动速度连续可调性以代替传统的节流阀和气缸端部缓冲方式，可以达到最佳的速度和缓冲效果，大幅度降低气缸的动作时间，缩短工序节拍，提高生产率。原先要设计某一专用机械手时，由于无法做到气缸任意位置上的定位，因此气缸的定位是靠选择它的两个终点位置来实现的。如选用多位气缸，他的定位长度由气缸的行程预先来确定。如

18、果需要增加一个停顿位置，或者要改变其中两个位置之间的距离，原来设计的多位气缸便完全失去功能，如果要求停地位置越多，那么它的滑块导向机构设计就越复杂。也有在其外部设立固定挡块来限制位置定位的（由于受到挡块本身尺寸的限制，两个相邻的位置的距离必须大于挡块的尺寸，且挡块也经不起重载和高速冲击）。随着气动伺服技术的发展，使气缸在行程内任意位置上的定位成为可能。日本SMC公司和德国FESTO公司等都开发出了可在任意位置定位的气缸，其定位精度可以达到0.5mm以内。气动伺服系统的出现，使气动机械手实现了在任意位置的定位，大大扩展了其在工业自动化领域的应用范围。现代气动机械手的基本结构由感知部分、控制部分、

19、主机部分和执行部分四个方面组成。采用感知信号及控制信号均有智能阀岛来处理，气动伺服定位系统代替了伺服电机步进马达或液压伺服系统；气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作；主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。人们根据应用工况的要求，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，这是一种先进的设计思想，代表气动技术今后的发展方向，也将始终贯穿着气动机械手的发展及实用性。模块化拼装的气动机械手比组合导向装置更具有灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运用自如。由于模块化机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承

20、，使它具有高刚性高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。德国FESTO公司开发了一套典型的模块化气动机械手，由于采用了模块化拼装结构，可组成立柱气动机械手（图1所示）、门架型气动机械手（图2所示）及滑块型气动机械手（图3所示），及其它各种类型的机械手。这些模块化机械手组装方便，动作灵活，具有较高的定位精度，但工作空间比较小，主要应用于一般的送料自动线上。 图1.1立柱型气动机械手 图1.2门架型气动机械手 图 1.3滑块型气动机械手1.4课程任务本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机械手的运动机理。在此基础上，确定了搬运机械手

21、的基本系统结构，对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的结构设计工作。我所设计的是一个瓶阀的流水线检测机械手。主要任务是对瓶阀的检测进行分类和筛选。要求机械手能前后平移，上升和下降，对瓶阀能进行夹紧和放送。 解决机械手的机械结构的设计问题，要求机械手结构简单、经济，并具有一定代表性。 (1) 确定拣选工位机构的总体方案根据机械手要求抓取物体为目的的特点，确定机械手的总体方案，分析并解决存在的技术难题。如机械手的手爪要夹住一定质量的物体并把物体放到指定的地方，需要的定位精度要求，再根据以上信息，考虑的技术方案确定机械手的总体

22、结构、功能、机械手移动结构、转动结构、定位系统。 (2) 设计机械手各执行机构为满足总体结构的设计方案，采用模块化的设计方式，将机械手分为若干个模块，对各个模块进行设计，然后把这些模块拼装起来组成机械手。如根据功能和尺寸要求匹配合适的气缸，并设计机械手基座、各气缸之间连接关节、导向装置。1.5进度的安排2011.1.1-2011.1.31 提出并讨论方案，完成总体方案。2011.2.5-2011.2.15 机械手夹具和手臂的设计2011.2.16-2010.2.28 计算和校核，确定具体尺寸并选取器件2011.3.1-2011.3.31 进行装配图的设计，零件图的绘制；2011.4.1-201

23、1.4.31 进行修改，完成论文初稿2011.5.1-2011.5.20 整理资料，准备论文答辩第二章 总体方案的确定2.1 主体结构的比较和选择机械手总体结构设计的主要问题是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。最广泛使用的机械手坐标形式有直角坐标型图2.1 ，圆柱坐标型图2.2，极坐标型图2.3，多关节型图2.4机械手的运动可以分为主运动和辅助运动，手臂和立柱的运动称为主运动，因为他们能改变被抓取工件在空间的位置，手腕和手指的运动称为辅助运动，因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位（即姿势），而手指的夹放不能改变工件的位置和方位，故他不计为自由度数，其他运动均计为自由度数。直角坐标式机械手具

24、有：（1）结构简单；（2）容易编程；（3）采用直线滚动导轨后，速度高，定位精度高；（4）在X、Y和Z三个坐标方向上的运动没有耦合作用，对控制系统设计相对容易些。圆柱型机械手主要在水平面内的运动，极坐标型机械手和多关节机械手结构较复杂，主要运用在工作动作复杂的环境中。考虑到本次设计的拣选要求相对简单，所以产用直角所标式机械手，而且只需要设计前后和上下两个自由度就可以了。 图2.1直角坐标型 图2.2圆柱坐标型 图2.3极坐标型 图2.4多关节型2.2 传动机构的比较和选择常见的几种机械传动方式 机械传动按传力方式分，可分为摩擦传动和啮合传动，摩擦传动又分为摩擦轮传动和带传动等，啮合传动可分为齿轮

25、传动、涡轮蜗杆传动、链传动等等；按传动比又可分为定传动比和变传动比传动。2.2.1皮带传动 皮带传动是由主动轮、从动轮和紧张在两轮上的皮带所组成。由于张紧，在皮带和皮带轮的接触面间产生了压紧力，当主动轮旋转时，借摩擦力带动从动轮旋转，这样就把主动轴的动力传给从动轴。皮带传动分为平皮带传动和三角皮带传动皮带传动的特点： 1）可用于两轴中心距离较大的传动。 2）皮带具有弹性、可缓冲和冲击与振动，使传动平稳、噪声小。 3）当过载时，皮带在轮上打滑，可防止其它零件损坏。 4 )结构简单、维护方便。 5）由于皮带在工作中有滑动，故不能保持精确的传动比。2.2.2齿轮传动 齿轮传动是由分别安装在主动轴及从

26、动轴上的两个齿轮相互啮合而成。齿轮传动是应用最多的一种传动形式，它有如下特点1）能保证传动比稳定不变。2）能传递很大的动力。3) 结构紧凑、效率高。4)制造和安装的精度要求较高。5)当两轴间距较大时，采用齿轮传动就比较笨重。齿轮的种类很多，按其外形可分为圆柱齿轮和圆锥齿轮两大类。2.2.3链传动 链传动是由两个具有特殊齿形的的齿轮和一条闭合的链条所组成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。这就是我们常见的自行车链轮链条传动原理。链传动的特点如下：1）能保证较精确的传动比（和皮带传动相比较）2）可以在两轴中心距较远的情况下传递动力（与齿轮传动相比）3）只能用于平行

27、轴间传动4）链条磨损后，链节变长，容易产生脱链现象。链条传动主要用于传动比要求较准确，且两轴相距离较远，而且不宜采用齿轮的地方。2.2.4蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。蜗轮蜗杆传动有如下特点： 1）结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动比为7-80。 2) 工作平稳无噪音 3) 传动功率范围大 4）可以自锁 5）传动效率低，蜗轮常需用有色金属制造。蜗杆的螺旋有单头与多头之分。2.2.5螺旋传动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动和动

28、力。螺旋传动的分类： 1）传力螺旋：以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用于克服工作阻力。如各种起重或加压装置的螺旋。这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为简写工作，每次工作时间较短，工作速度也不高。 2) 传导螺旋：以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷。如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋主要在较长的时间内连续工作，工作速度较高，因此，要求具有较高的传动精度。 3）调整螺旋：以调整、固定零件的相对位置。如机床、仪器、及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺旋不经常转动，一般在空载下调整。螺旋传动的特点：传动精度高、工作平稳无噪音，易于自锁，能传递较大的动力等特点。 考虑到齿轮

29、传动能保证传动比稳定不变，能传递很大的动力，结构紧凑、效率高而且对齿轮传动的接触比较多，所以产用该传动。为了提高传动效率，减小结构尺寸，这里产用齿轮齿条的倍增机构。2.3机械手手部方案的比较和选择2.3.1斜楔杠杆式图2.5 斜楔杠杆式机械手动作原理：如图所示，为单作用斜楔式回转型机械手的结构简图，斜楔向下运动时，客服弹簧拉力使杠杆手指装着滚子的一端向外撑开，从而夹住工件。当斜楔向上运动时，则在弹簧力的作用下使手指松开，从而放下工件。在手指与楔块之间装有滚子，从而减小摩擦力，提高机械效率。2.3.2滑槽杠杆式图2.6 滑槽杠杆式机械手动作原理：如图所示，为滑槽杠杆式杠杆双支点回转型手部的简图。

30、杠杆形手指4的一端装有V型指5，另一端则开有长槽。驱动杆1上的圆柱销2套在滑槽内，当驱动连杆同圆柱销一起作往复运动时即可拨动两个手指各绕支点（绞销3）作相对回转运动。从而实现手指的夹紧与松开动作。2.3.3连杆杠杆式图2.7 连杆杠杆式机械手动作原理：如图所示，为双支点式回转型连杆杠杆式手部的简图。驱动杆2末端与连杆4由绞销3绞接，当驱动杆作直线往复运动时，则通过连杆推动两杠杆手指，使其各绕支点作回转运动，从而使手指夹紧或松开。2.3.4齿条齿轮杠杆式图2.8 齿轮齿条杠杆式机械手动作原理里：如图所示，为齿条齿轮杠杆式手部结构简图。由齿条直接传动给齿轮杠杆结构，驱动杆2末端制成双面齿条，与扇形

31、齿轮4相啮合，而扇形齿轮4与手指5相固连在一起，可绕支点回转，驱动力推动齿条作直线往复运动，即可带动扇形齿轮回转，从而实现手指的加紧与松开。比较上述四种方案，斜楔杠杆式的松开方式主要靠弹簧，由于楔块容易磨损和弹簧也容易失效，所以斜楔杠杆式并不够理想；对于齿轮齿条式机械手，由于结构复杂，且齿轮齿条的造价较高，故从经济上讲不够理想；连杆杠杆式和滑槽杠杆式结构简单，易于更换零部件，承载能力较大，考虑到本次对抓取物的精度不需要太高，故产用滑槽杠杆式机械手。2.4驱动方案的比较和选择机械手的驱动方式可分为液压驱动、气压驱动和电力驱动三种基本类型。液压驱动的响应速度快，运动平稳，重复精度高，驱动力或驱动力

32、矩大，能够满足力矩的长距离传输，但需配置液压系统，对密封性要求高，否则，容易产生泄露而影响运动精度。电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式，其特点是响应速度快，驱动力大，信号检、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方式。驱动电机一般采用步进电机或伺服电机，也有采用直接驱动电机，但造价较高，控制也较为复杂。相比而言，气压驱动的特点是气源方便，气源系统简单、清洁，无需设置回收管路，特别适合于高温的环境和对防火防爆有严格要求的场合。表2.1各种驱动器的比较项目气压传动液压传动电机传动机械运动系统结构简单复杂复杂较复杂安装自由度大大中小输出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高动作速度大稍大大小响应

33、速度慢快快中清洁度清洁可能有污染清洁较清洁维护简单比气动复杂需要专门技术简单价格一般稍高高一般技术要求较低较高最高较低控制自由度大大中小危险性几乎无问题注意着火一般无问题无特殊问题通过比较，可以得到气压驱动与其他驱动方式相比，价格低廉，结构简单，功率体积比较高，抗干扰且无污染。因此，本设计采用气压驱动方式。 2.5抓取工件参数及路径规划 瓶阀的高度为96mm,阀开关直径为64mm,阀的重量大概为0.5kg 图为瓶阀结构图图2.9瓶阀结构简图拣选机械手的运动参数垂直上升下降：瓶阀竖直移动55mm靠近机械手的手抓位子水平移动距离：机械手带动瓶阀可以在1.5m内水平移动夹紧和松弛：能使机械手平稳的抓

34、紧和放送瓶阀运动速度主要是由手臂的水平速度决定的，所以假定水平的移动速度为20cm/是，则完成一次拣选动作最多为15秒。图2.10为瓶阀拣选的流线图检测到要抓取的瓶阀手抓张开并且气缸推动瓶阀到手 抓抓取部位手 抓闭 合手抓移动到工作平台正上方流 量气密性手 抓闭 合夹持瓶阀到指定位子手 抓张开内螺纹压 口图2.10瓶阀拣选的流线图第三章 理论计算3.1 手部设计基本要求 1) 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 2) 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度），以便于抓取工件。 3)

35、要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 4) 应保证手抓的夹持精度。 3.3 手指驱动力及夹紧力的计算 3.3.1 手指的受力分析首先对滑槽杠杆式手部结构的受力分析，图3.1和图3.2是手抓的结构图和受力分析图在杠杆的作用下，销轴向上的拉力为F，并通过销轴中心O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F1和F2，其中的方向垂直于滑槽的中心线OO1和OO2并指向O点，交F1和F2的延长线于A及B图3.1手抓结构简图 图3.2手抓的受力分析由 式中 a手指的回转支点到对称中心的距离（mm) 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹

36、角由分析可知，当驱动力F一定时，角增大，则握力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好=，取=3.3.2 手指的夹紧范围计算图4.3是手指的具体尺寸计算图 图3.3 具体尺寸计算图手指aq=50mm,当=的时候，根据机构设计，它的最小加持半径mn=30mm,当=15的时候，行程3.4手指气缸的缸径计算驱动力： 手抓气缸的计算取效率=0.85， 根据公式 选取活塞杆直径d=0.5D，一般气缸工作压力p=0.4到0.6MPa由公式得， （公式编号3-？）气缸的行程为 3.5手臂的设计要求 1) 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻； 2) 手臂的运动速度高，惯性要小； 3)

37、手臂动作应该灵活。 3.6手臂气缸的计算齿条的行程为1.5m, 齿轮的行程为0.75m 气缸的行程也为0.75m 活塞速度V=10cm/s 手臂速度V=20cm/s气缸推动力的分析和计算 分析：气缸的推动力主要是齿轮两端的齿轮接触所需的力，在这里只能进行简单的估算 是气缸的推动力，是齿轮的上接触力，是齿轮的下接触力，其中=100N,所以=200N选取活塞杆直径d=0.5D，一般气缸工作压力p=0.4到0.6MPa气缸行程3.6齿轮受力分析选择精度为8级圆柱齿轮，转动效率为0.97 齿轮的功率 齿轮的扭矩表2.1齿轮的受力分析初定转数作用力单位计算公式数值切向力N96.940径向力35.283轴

38、向力00法向力10.3161按齿面接触强度设计由计算公式载荷系数齿宽系数材料的弹性影响系数接触疲劳强度代入，得3.7升降气缸的计算只要的作用是推动瓶阀的上升和下降，上下推动距离为55mm驱动力： 3.7升降气缸的计算取效率=0.85， 根据公式 选取活塞杆直径d=0.5D，一般气缸工作压力p=0.4到0.6MPa由公式得，气缸的行程为 第四章 具体结构设计4.1气缸的选择4.1.1气缸类型的选择气缸国内外类型、型号各异，这里考虑到经济性和适用性，选着国内的新洋标准气缸图4.1为新洋的标准气缸图4.1新洋标准气缸由第三章的计算得手抓气缸：缸径 行程手臂气缸：缸径 行程升降气缸：缸径 行程这选择手

39、抓气缸缸径32mm,行程25mm；手臂气缸缸径40mm,行程800mm；升降气缸缸径32mm，行程75mm；表4.1气缸的标准行程表4.1.2气缸安装方式的选择图4.2为常见的气缸安装方式辅以文字说明，阐述其特点图4.2气缸的常见安装方式这里考虑到安装的方便、结构的简单和尺寸的大小，选择脚架式安装由上得出最后的气缸型号手抓气缸：新洋SC-3225-S-LB手臂气缸：新洋SC-40750-S-LB升降气缸：新洋SC-3275-S-LB4.2齿轮和齿条的设计由第三章得出分度圆表3.2基本数据的计算表项目名称计算公式及代号数值齿轮齿数模数螺旋角压力角齿顶高系数顶隙系数齿轮变位系数齿宽齿轮mm齿条mm

40、表3.3具体数据的计算表序号项目名称计算公式及代号数值1齿轮分度圆直径2齿顶高齿轮5齿条3齿根高齿轮6.25齿条6.254齿高齿轮齿条5齿轮中心到齿条中线的距离6齿距7齿条齿数序号项目名称计算公式及代号数值1齿轮分度圆直径2齿顶高齿轮5齿条3齿根高齿轮6.25齿条6.254齿高齿轮齿条5齿轮中心到齿条中线的距离6齿距4.2.1轴的设计齿轮与轴产用常见的键联接，选择轴径为40mm，在轴两边安装深沟球轴承 ，图4.3为轴的结构图图4.3轴的机构图（轴线）4.2.2齿轮的安装1轴承盖；2齿轮；3键；4轴承；5轴；6齿轮和气缸的联接块图4.5为齿轮的安装图 4.3固定齿条的安装因为气缸的行程为0.8m

41、，所以齿条有齿部分的距离也为0.8m，总长度为0.93m, 齿条产用螺栓联接1机盖；2齿条；3螺栓图4.6固定齿条的安装图 4.4移动齿条的安装 齿条的总长度为2m，为了确保齿条能沿直线平稳的运动，需要在齿条上安装一个轨迹滑槽。4.4.1轨迹滑槽的设计 为了使安装方便，简化结构，这里产用V型槽，长度为3.5m，高度为0.43m，产用螺钉联接安装在机座上。 1齿条；2轨迹槽；3箱盖；4螺钉图4.7为齿条的安装结构图4.5手抓的结构设计和安装这里选用的滑槽杠杆式机械手抓，图4.8为手指结构图图4.8手指结构图手抓的安装 气缸推动杠杠从而带动手抓的张开闭合，所以必须将受手抓和气缸相连，图4.9为手抓

42、的安装结构图。 1气缸；2脚架；3手抓框架；4销轴；5手指图4.9为手抓的安装结构图4.6机身的设计 机身是支承臂部的部件。一般实现升降、回转和仰俯等运动，常有1至3个自由度。所以机身设计时要注意下列问题： 1) 要有足够的刚度和稳定性； 2) 运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，避免发生卡死现象，一般要有导向装置； 3) 结构布置要合理。 通常机身具有回转、升降、回转与升降、回转与俯仰、回转与升降以及俯仰共5种运动。本机械手对机身的要求只需要完成升降运动。 机身厚为2毫米，板与板之间产用焊接，分为机座和机盖两部分，机座与机盖产用螺栓联接。第五章 结论通过此次毕业设计，使我了解了机械手的很

43、多相关知识。使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手的结构设计作了系统的设计，掌握了一定的机械设计方面的基础。 （1） 本次毕业设计只是对瓶阀拣选结构的结构和驱动做了系统的计算设计，设计中没有涉及到机械手的控制问题，对这方面有点模糊，需要在以后的工作学习中了解和掌握。 （2） 本次设计的是气动药瓶装瓶机机械手设计，相对于通用机械手，因此，动作固定，结构简单，同时成本低廉，专用性比较高，可实现生产产房内的药瓶装瓶的工作 （3）采用气压传动，结构简单，易于维护，成本较低。且可用电液伺服机构,实现连续控制，使机械手用途更广，定位精度一般非常高，

44、在1mm内。 （4）该机械抓选择滑槽杠杆式手抓，必要时可以根据尺寸大小进行更换。 （5）由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望读者见量，指正。 参考文献1 李建藩 气压传动系统动力学M 广东：华南理工大学出版社2 SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术M.北京：机械工业出版社3 周洪.气动比例控制技术及其应用D.液压与气动4 成大先 机械设计手册M：化学工业出版社5 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 机械设计M：高等教育出版社6 宋旦锋 模块化气动装卸机械手的研究与开发D南京：南京理工大学7 完全掌握Auto CAD 2007中文版M：电子工业出版社 8 郑甲红 朱建儒 刘喜平机械原理M：机械工业处版社9