毕业论文(设计)PLC控制机械手设计.doc

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1、PLC控制机械手设计 毕业设计说明书（论文）中文摘要 机械手是能够模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓（吸）取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置，它能部分的代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。在我国，工业机械手近年来有较快的发展，投入了大量的人力物力加以研究和应用，并且很好的效果。本课题主要研究的问题是近距离自动移动式机械手臂设计-气压驱动式。设计包括两大方面，其中之一是自动行走部分，另一部分为手臂的运转。采用

2、同一驱动能源-气泵。行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。气压泵固定在某处，用一根软管将泵与马达相连，马达安装在行走装置中。运动手臂的直线运动用气缸来实现，旋转运动用气压马达来实现。行走的时候手臂不动，手臂运动的时候，行走部分停止运动。关键词 机械手 气压驱动 自动移动 气泵 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title THE DESIGN OF MECHANIC ARM MOVING AUTOMATICLY IN CLOSE RANGE-THE DRIVE OF ATMOSPHERIC PRESSURE AbstractManipulator is to be able to imitate

3、manpower movement, and according to set program, locus and requirement substitute manpower to grab (inhale), take things or tool or the automation installation that operated， it can be partial to replace the handwork labor of person. The manipulator of higher level type can still imitate the arm mov

4、ement of person，completes more complex work. In mechanical manufacturing industry, manipulator has been applied extensively，so improved the labor condition of worker greatly, raising labor productivity notably, quickly realize the step of industrial production mechanization and automation. In our co

5、untry, industrial manipulator has more rapid development in recent years, have put in plenty of manpower material resources to study and apply，and get very good effect. The problem of this program major research is the design of manipulator arm moving automatically in close range - the drive of atmo

6、spheric pressure . Design includes two big aspects, one is pushcart move part,the other is the operation of arm. They both With same drive energy - air pump. Walk part can drive two wheels to turn with the motor of atmospheric pressure. The pump of atmospheric pressure fixed in certain place, use a

7、flexible tube linked the pump and motor, motor installation in walk part. The movement of arm in straight line realizes with cylinder, revolving movement realizes with the motor of atmospheric pressure. Walking arm do not move, when the arm moving, walk part stop sport.Keywords Manipulator The drive

8、 of atmospheric pressure Automatic movable Air pump毕业设计开题报告学 生 姓 名： XXX专 业：机电工程系设计(论文)题目： PLC控制机械手设计指 导 教 师:XXXX 2010年 9 月 13日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告文 献 综 述随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。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

9、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。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、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部。2、手腕 是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的

10、回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。5、行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。6、机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。（二）驱动系统机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。1、液压传动 是以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然有的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。2、

11、气压传动 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是介质来源极方便、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，工作速度的稳定性差，而且气源压力较低，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动 即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动。其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料。4、电力传动 即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和

12、使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。（三）控制系统有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息（如动作顺序、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，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（四）位置检测装置控制机械手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，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。这里介绍我将要做的近距离自动移动式机械手臂设计-气压驱动。一、气源系

13、统压缩空气是保证气动系统正常工作的动力源，空气压缩机是将动力机供给的机械能转换成气体压力能的一种能量转换装置。二、气动执行机构 气动执行机构由气缸和气动马达。气缸是利用压缩空气的压力能转换为机械能的一种能量转换装置。它可以输出力，驱动工作部分作直线往复运动或往复摆动。气缸可分为：单向作用式气缸和双作用式气缸。气动马达是把压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置，其作用同于液压传动的油马达。它输出力矩，驱动机构作回转运动。 三、空气控制阀1、 压力控制阀分为：调压阀、安全阀和顺序阀等。2、 流量控制阀是用来调节和控制压缩空气的流量、流速以改变执行机构的工作速度。流量控制阀主要有节流阀、单向截流

14、阀和排气节流阀等。3、方向控制阀是用来控制气流的方向、气路的通断，从而使执行机构的动作发生变化的气动原件。方向控制阀在整个气动元件中数量占有相当大的比例，并在气动系统中起着神经中枢的作用。四、气动基本回路1、方向控制回路主要有：单作用气缸中间停止回路，双作用气缸换向回路，双作用气缸的活塞可在任意位置停止的回路，延时控制回路。2、速度控制回路主要有：单作用气缸的速度控制回路，双作用气缸单向速度控制回路，双作用气缸双向速度控制回路，双作用气缸速回运动控制回路，双缸同步动作的速度控制回路，缓冲回路。五、其他部分行走机构有：车轮式行走机构，履带式行走机构，步行式行走机构。六、机械手的发展趋势： 机械手

15、目前多数应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按事先制订的程序完成操作，但普通不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，将引起零件甚至机械手本身的损坏。为此，机械手发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，设它拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化作相应的变更，如位置发生稍些偏差时即能更正，并自行检测。重点是研究视觉功能，将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前的机械制造系统的人工操作状态。主要参考文献：1 曹承志.电机、拖动与控制学.第3版. 北京：机械工业出版社.20002 王庭树.机器人运动学及动力学.第2版. 西安：西安电子科技大

16、学出版社， 1990.123 孟繁华.机器人应用技术.第1版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.64 马香峰.机器人机构学.第1版.北京：机械工业出版社.1991.95 赵锡芳.机器人动力学.第1版.上海：上海交通大学出版社，1992.126 高松海.遥控机器人.第1版.北京：原子能出版社，19817 孙耀明.微型机算计在机器人技术中的作用.第1版.北京：科学技术文献出版社，19878 路甬祥.液压气动技术手册.第2版.北京：机械工业出版社.20029 陈奎生.液压传动与气压传动.第1版.武汉：武汉理工大学出版社，2001.810 何存兴.张铁华.液压传动与气压传动.第3版.武汉：华中

17、理工大学出版社，199811 宋学义.袖珍液压气动手册.第1版.重庆：重庆大学出版社，199712 机械工业部.中小型电机产品样本.第1版.北京：机械工业出版社，199513 李发海.王岩.电机与拖动基础.第1版.北京：清华大学出版社，199414诸静.机器人与控制技术.第1版.浙江：浙江大学出版社，199115 熊有伦.丁汉.刘恩沧.机器人学.第1版. 机械工业出版社，199316 吴广玉.姜复兴.机器人工程导论.第1版.哈尔滨工业大学出版社，1988 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改

18、善了工人劳动条件，显著的提高劳动生产率加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。本课题主要研究的问题是近距离自动移动式机械手臂设计-气压驱动式。设计包括两大方面，其中之一是自动行走部分，另一部分为手臂的运转。采用同一驱动能源-气泵。行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。气压泵固定在某处，用一软管将泵与马达相连，马达安装在行走装置中。运动手臂的直线运动用气缸来实现，旋转运动用气压马达来实现。分析手臂的受力，考虑到整个装置的平衡。行走的时候手臂不动，手臂运动的时候，行走部分停止运动。 行走部分我采用滚轮式，用轮子在地面上滚动的方式完成行走运动时比较稳定的，应为轮子总是离不开地面的。运动手臂采用三个自由

19、度，分别为上升下降，前后和转动。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对文献综述的评语：该生对机器人的类型及应用领域已比较清楚，说明该生已阅读了一定的相关资料。并对毕业设计任务所要面临的问题有了初步的了解，并已明确了设计任务中所要用到的气动原件，为开展毕业设计奠定了良好的基础。该生的开题报告已达到了学校规定的要求。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 该生的设计任务适中，且已明确了目标，故预计能够圆满完成毕业设计任务。 指导教师： XXX 2010 年 9月 13 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 目 录 1引言（或绪论） 11.1 机械

20、手及其组成 11.2机械手的分类 21.3应用机械手的意义 31.4机械手的发展概况 32机械手的设计 52.1机械手设计的总体方案52.2机器人的规格参数62.3气动部件设计的简要分析 73机械手的计算 173.1设计手臂结构应注意的问题173.2小车的设计及计算 234机械手臂的工作原理 214.1气动原理图 254.2电磁铁动作程序表 274.3机械手的缓冲和定位 285 PLC控制机械手设计. 29结论 35致谢 36参考文献37附录A 装配图 38附录B 零件图 391 绪论随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加

21、工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。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。1.1 机械手及其组成1.1.1 什么是机械手机械手是一种能模仿人手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保

22、护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手是工厂企业高度自动化的标志，它能完成许多高技术难度和繁重的体力劳动，尤其对于高温、高压、高湿度、污染等不适宜以人工工作的环境中，机械手起到了不可取代的作用。1.1.2 机械手的组成机械手的组成及其相互之间的关系如图所示。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。（二）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。2、手部 即与物件接触的部件。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。2、手腕 是联

23、接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，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。5、行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。6、机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。7、其它部分 行程检测装置和传感装置等。行程检测装置是检测和控制机械手各运动行程（位置）的装置。传感装置其中装有某种传感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映手指与

24、物件是否接触、物件有无滑下或脱落、物件的位置是否准确、手指对物件的握紧力是否与物件的重量相适应。（二）、运动机构使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。1.2 机械手的分类、按机械手的使用范围分类： 专用机械手 一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线，用以自动的传送物件或操作某一工具。这种

25、机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。 通用机械手（也称工业机器人）即指具有可变程序和单独驱动的控制系统，又不从属于某种机器，而能自动地完成传送物件或操作某些工具的机械装置。、按机械手的驱动方式分类： 液压驱动机械手 以压力油进行驱动。 气压驱动机械手 以压缩空气进行驱动。 电力驱动机械手 直接用电机进行驱动。 机械驱动机械手 是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。、按机械手臂力大小分类： 微型机械手 臂力小于1公斤。 小型机械手 臂力为110公斤。 中型机械手 臂力为1030公斤。 大型机械手 臂力大于30公斤。 按运动轨迹控制方

26、式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。1.3 应用机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多地被应用。在机械工业中，铸、锻、焊、铆、冲压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其它部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。机械工业中，应用机械手的主要目的：一、可以提高生产过程的自动化程度。 应用机械手，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、可以改善劳动条件、避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手

27、直接操作时有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减少人力，并便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动线上，目前几乎都设机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏进行生产。综上所述，有效地应用机械手，使发展工业的必然趋势。1.4 机械手的发展概况1.4.1 对机械手的一般要求：1、 降低机

28、械手的成本 为了扩大机械手的使用范围，必须降低机械手的成本。据统计，机械手电气控制装置所占成本的比重较大。2、 品种多样化 为了适应不同工作的需要，应使的机械手的品种多样化，用机械手代替更多的人的手工劳动，进而实现生产过程的自动化。特别是那些工作比较单一、重复性很大而工作条件又较差和劳动量较大的工种，更应注意设计和使用各种类型的机械手。3、 零件、部件系列化、通用化、标准化 为了加速扩大机械手的应用领域，应尽量缩短其设计和制造周期。这样，就要求机械手的某种零件、部件(如手部、臂部等）系列化、通用化、标准化。然后，即可根据具体工作的需要，将这些零件、部件（或再相应地增加一些其它零件、部件）进行组

29、合，组成需要的机械手。当然，这样的机械手还应保证组合方便，一旦工作变更时，就能迅速而顺利的重新组合。4、 产品性能应准确可靠 机械手的重要技术指标之一，就是其性能应稳定可靠。为此，要求设计合理，元件稳定，制造精确。1.4.2 机械手的发展概况与发展趋势机械手是机械、电子、计算机、液压液力与气压传动等多学科高新技术融合的成果，是当代技术进步的典型范例。机械手通常用作机床或其它机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手。专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用

30、机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气压传动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视。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手，用气动元件组成的控制系统已被接受。由于气动技术与电子技术的结合，以及周边技术的成熟，在工业自动化领域里，气动机械手、气动机器人的实用性已经充分体现出来。因为气动伺服定位技术一出现，就受到工业界和学术界的高度重视，同时为气

31、动机器人、气动机械手大规模进入工业自动化领域开辟了十分宽广的前景。研制具有一定感触和智力的智能机器人。这种机器人，具有各种传感装置，并配备有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当起大脑，使它能思考、能分析、能记忆。用电视摄像机、测距仪、纤维光学传感器、导光管或其它光敏元件作为眼睛，在其视野的范围内能看。用听筒和声敏元件等作耳朵能听。用扬声器等作嘴能说话进行应答。用热电偶和电阻应变仪等作触觉能感触。用滚轮或双足式的行走机构作为脚来实现自动移位。这样的智能机器人，可以由人用特殊的语言对其下达命令，布置任务。受令后的智能机器人，即可根据现场环境的各种条件或信息，独立地分析和判断并自编或自变程序的进行

32、工作；能够自找（选择）物件的方位，字调握力的大小，自找传送路线以避开障碍物。因此，它将成为无人化系统的重要组成环节之一。2 机械手的设计2.1 机械手设计的总体方案由于本次设计的机器人需要通过气缸来实现机械手臂的三个方向上的自由度如：手臂的上下的升降运动、手臂的前后伸缩运动、手臂的回转运动以及用气压马达来实现小车按轨道运动。总体设计方案如下面的框图所示： 设计示意图如下所示 机械手的执行机构由于采用积木式连接，结构非常简单、实用。2.2机器人的规格参数该机械手属于圆柱坐标式。（一） 机器手的参数：1、主参数 机械手的最大抓重是其规格的主参数，机械手最大抓重以10公斤左右的为最多。故该机械手主参

33、数定为10公斤。2、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，设计速度过低则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1200毫米/秒，最大回转速度设计为1200/秒。平均移动速度为1000毫米/秒，平均回转速度为900/秒。机械手动作时有起动、停止过程的加、减速度存在，用速度-行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。则手臂前后伸缩平均速度为1000毫米/秒，手臂上下升降平均速度为500毫米/秒，手臂回转平均速度为900/秒。除了运动速度以外，手

34、臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而使刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600毫米，最大工作半径为1500毫米，手臂安装前后可调200毫米。手臂回转行程范围定为2400，又由于该机械手设计成手臂安装方位可调，从而扩大了它的适用范围。手臂升降行程定为150毫米。气压驱动工作压力P为46公斤/厘米2。机械手臂定位和缓冲采用机械挡块和缓冲器定位；定位精度为0.51毫米。2.3 气动部件设计的简要分析 1、 气缸 气缸是利用压缩空气的压力能

35、转换为机械能的一种能量转换装置。它可以输出力，驱动工作部分作直线运动或往复摆动。气缸是由缸体、活塞、活塞杆、密封件及紧固件等组成。气缸的种类很多，主要有单作用气缸、双作用气缸、组合气缸，摆动气缸。单作用气缸又可分为柱塞式气缸、活塞式气缸、薄膜式气缸；双作用气缸又可分为普通气缸、双活塞杆气缸、不可调缓冲气缸、可调缓冲气缸、活塞带导向杆气缸、串联式气缸；组合气缸又可分为气液阻尼缸和步进式气缸；摆动气缸又可分为单叶片摆动气缸和双叶片摆动气缸。本次机械手的设计中 ： 手臂的升降机构中采用了单作用气缸中的柱塞式气缸，压缩空气推动活塞单方向向上运动，借助自重下降。结构简单又实用。 手臂的前后伸缩机构中采用

36、了双作用气缸中的普通气缸，压缩空气推动活塞双向运动，应用很广泛。 手臂的回转机构中采用了摆动气缸中的单叶片摆动气缸，将压缩空气的能量变为回转运动的机械能，摆动角度小于3600。刚开始打算采用两个直动气缸带动链条链轮或带动齿条齿轮来获得回转运动，经设计方案的比较得出采用回转气缸的结构要紧凑的多，所以还是采用了摆动气缸。 手指夹紧气缸中我采用了单作用气缸中的活塞式气缸，压缩空气推动活塞但方向运动，借助弹簧力反向运动。结构简单，压缩空气用量较柱塞式少。2、 空气控制阀 空气控制阀是气动控制元件，它的作用是控制和调节气路系统中压缩空气的压力、流量和方向，从而保证气动执行机构按规定的程序正常地进行工作。

37、空气控制阀按其作用可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。 压力控制阀根据它的作用不同又可分为：调压法、安全阀和顺序阀。 流量控制阀是用来调节和控制压缩空气的流量、流速以及改变执行机构的工作速度。它主要有截流阀、单向截流阀和排气节流阀。 方向控制阀是用来控制气流的方向、气路的通断，从而使执行机构的动作发生变化的气动元件。方向控制阀按阀内气流的方向分：单向型方向控制阀，它只允许气流沿一个方向流动。如单向阀、快速排气阀等；换向型方向阀，它可以改变气流流动的方向。按控制方式分：电磁、气压、机械和人力等控制方法实现。按动作方式可分为：直动式和先导式。按联结方式分：管式连接、板式连接和法兰连接式连

38、接。本次机械手的设计中：经过考虑和分析后，在不光满足各气路要求的条件下又考虑到控制阀的统一性和方便性，我统一选择了型号为Q24D2H-15-S1的电磁方向控制阀。各气缸凡能采用排气节流方式的，都通过电磁阀的排气口节流阻尼螺钉（锥面式）调速。手臂前后伸缩气缸的气路上，在最接近气缸处，装有两个快速排气阀，以加快启动速度和调节全行程上的速度，同时通过调节阀又可使其加速度限制在允许的范围内，以减少制动时的惯性冲击，提高定位精度。手臂的上下升降则采用进气节流方式，用一个单向节流阀调整手臂的上升速度。下降（靠自重下降）速度仍有电磁阀排气口节流调整。3、气动基本回路 气动回路和液压回路相比，有几方面的不同；

39、一台气动机械手的气动系统有时比较复杂，但经过剖析却不外乎一些基本回路所组成。掌握了气动基本回路以后，对分析和设计气动机械手的气动系统都有较大的帮助。第一，空气压缩机输出的压缩空气首先储存于储气罐中，然后供给各个回路使用。画气动回路图示空气压缩机常省略不画，但设计气动东回路时，不要忘记考虑气源的能力。第二，气动回路使用过的空气是经排气口排入大气的，因而不设回气管道来回收空气。第三，由于空气的粘性很小，在管路中的压力损失较小。因此，在尽量缩短气动管路的情况下管路仍然很长，并不妨碍使用。由于气动执行机构中，以气缸应用最广泛，故下面所论及的基本回路均以气缸为其执行机构。设计机械手的气动系统时，最简便的

40、方法是把选定的完成不同任务的基本回路组合起来。气动基本回路的种类：气动基本回路的种类很多，为了便于设计机械手的气动回路，仅将气动基本回路按方向控制回路和速度控制回路两方面加以叙述。 方向控制回路（一）单作用气缸中间停止回路（图2-1）这种回路可使活塞停在气缸中间的任意位置。当三位三通电磁阀的滑阀处在中间位置时，气缸的通路封闭，活塞停止运动。滑阀处在位置I时，活塞下腔进气，推动活塞杆伸出。滑阀处在位置II时，活塞下腔排气，弹簧力推动活塞下行。（二）双作用气缸换向回路（图2-2）采用二位五通单电控滑阀控制活塞双向运动。图示位置，活塞右腔进气，左腔排气，活塞向左运动。滑阀切换后，活塞左腔进气，右腔排

41、气，实现了气缸活塞的换向。这种回路时双作用气缸的最基本的换向回路。 （三）双作用气缸的活塞可在任意位置停止的回路图2-3所示为单活塞杆气缸的这种回路。它采用中封式三位五通双电控滑阀，当滑阀处在中间位置时，各口互不相通，活塞可停留在气缸的任意位置。这种回路不允许有漏损，这样才能保证气缸可靠地工作。在气缸终端需要保持活塞固定的停止位置时，也使用这种回路。图2-4所示为双活塞杆气缸的这种回路。它采用中封式三位五通双电控滑阀，当滑阀处在中间位置时，压缩空气同时与活塞左、右两腔相通。因两腔活塞的有效受压面积相等，从而保证了活塞两腔同时受压时，活塞能停留在任意位置。但当外界加在活塞杆上的轴向力不平衡时，则

42、活塞停止的位置不稳定。为了克服这个缺点，可增设调压阀进行压力调解，控制活塞两侧压力平衡，如图2-5所示。这种回路可允许有少量漏损，比采用中封式阀较可靠。（四）延时控制回路图2-6所示的延时控制回路，为控制信号A使二位四通单气控滑阀1切换时，压缩空气经阀1、单向节流阀3向气容4充气，经过一定的时间，气容压力达到一定数值，控制二位三通气控阀2切换。压缩空气经阀2的B口输往执行机构。信号A取消后，阀1又弹簧复位，压缩空气控制阀2也复位而关闭，B口无输出。气容4中的空气经阀3的单向阀、阀1而排空。延时控制回路用于不允许使用时间继电器的场合，如易燃、易爆和大粉尘的场合。 速度控制回路（一）单作用气缸的速

43、度控制回路（图2-7）它由二位三通单电控滑阀1和两个单向节流阀2和3所组成。阀1使气缸换向，阀2 的节流阀控制气缸活塞杆的伸出速度。阀3的节流阀控制活塞杆的退回速度。调节节流阀的开度，可以改变活塞双向的运动速度。 （二）双作用气缸单向速度控制回路（图2-8）该回路是在气缸的一个气路上装设单向节流阀1。图示位置为压缩空气经二位五通单电控滑阀2和阀1的单向阀进入气缸活塞的右腔，推动活塞左移。当阀2切换后，活塞右腔的排气速度受阀1可调节流阀的限制，从而控制了活塞杆的伸出速度。由于背压的存在，也增加了气缸工作行程的稳定性。除此之外。活塞返回行程的急回运动，也可用来提高机器的生产率。 （三）双作用气缸双向速度控制回路图2-9所示是将两个单向节流阀装在气缸的两条气路上，分别控制活塞两个方向运动时的排气速度。调节节流阀，即可得到活塞不同的运动速度。 图2-10所示是带有排气节流阀的速度控制回路。它是将节流阀安装在二位五通单电控滑阀的排气口上。调节节流阀，即可控制气缸的排气速度，从而使活塞得到不同的运动速度。这种回路的特点是结构较简单。 图2-11所示使活塞可得到快速运动的速度控制回路。它是在单向节流阀1和2的后面气路上并联了二位二通阀3和4。这样，不仅可以由阀1和阀2来调节（排气节流）活塞两个方向的运动速