气动型吸取机械臂设计说明书.docx

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1、机械工程学院气动吸取型机械臂 设计说明书设 计 题 目： 气动吸取型机械臂 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机械电子 姓 名： 杨宇奥 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2016年 月 日 同济大学目录一设计任务书- 1 -1.设计目的：- 1 -2.设计内容和要求- 1 -二方案的分析论证- 3 -三真空吸盘的动力学分析- 3 -四真空吸盘的设计计算及选取- 3 -五真空发生器的选取- 4 -1.真空发生器简介：- 4 -2.真空发生器的计算和选择：- 4 -六电磁换向阀的选取- 6 -七气源的选取- 6 -八电源的选取- 6 -九- 6 -一 设计任务书1. 设计目的：为助残

2、智能机器人的机械臂设计一可靠而能顺利实现抓取功能的气动吸取装置。2. 设计内容和要求（1）、总体布置图（略去气源电池等）（2）、工作情况：不稳定变载荷。（3）、原始数据最大负载mmax（kg）自由度数安全系数满电持续工作时间（min）满电待机时间（h）主控制板0.862.5105NI-MyRIO（4）、设计内容：1) 真空吸盘的动力学分析；2) 真空吸盘的计算和选取；3) 真空发生器的选取；4) 电磁换向阀的选取；5) 气泵的选取；6) 电源的选取；（5）、设计任务：1) 设计计算说明书一份；2) 采购清单一份；3) 零部件模型文件一份。二 方案的分析论证 本方案旨在为同济大学LabView俱

3、乐部“语音控制助残机器人”项目设计一用于机械臂的气动抓取装置。该方案的优点是：容错率高；对被抓取物品的尺寸大小没有严格的要求；控制系统较简单；不易损伤被抓取物。与之对应，该方案的缺点也很明显：要求被抓取物品表面较平整；难以抓取例如衣物等具有较多气孔的目标对象；待机能耗较大；有较为明显的噪声，等等。三 真空吸盘的动力学分析在物件抓取过程中，吸盘可以很方便地实现诸物体的吸持、脱开、传递等搬运功能 ,并确保不损坏其作用之对象。而吸持力靠真空系统维持 ,真空的产生可以是由电动机、真空泵以及各种真空器件所组成的真空系统来提供，也可以由压缩空气通过真空发生器所产生的二次真空来提供。前者需要配置独力的真空系

4、统 ,而后者可以利用一般生产过程中已有的空气压缩系统。因此 ,特别在各种包装作业过程中,利用二次真空方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是 压空气通过收缩的喷腾后 ,从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动 ,从而在接受室形成负压 ,诱导二次真空。这样的真空系统,尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。真空发生器的结构及参数设计 ,可以根据需的真空度设计出所需的真空发生器。用真空吸盘来抓取物体 ,可以根据物体的不同形状实现任意角度的传递。本次设计方案拟采用诱导二次真空的真空系统。四 真空吸盘的设计计算及选取吸盘直径其中：W：吸附力（N）； n：吸盘数量； t：安

5、全系数； p：真空度（kpa）由设计要求，吸附力W=mmax*g=0.8*9.8=7.84N 吸盘数量n=1 安全系数t=2.5 吸盘直径、面积、垂直提升力参数表吸盘垂直提升力（N）吸盘直径D(mm) 1013162025324050吸持面积（cm）0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盘垂直提升力（N）（-0.04MPa）3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4试取真空度p=40kPa则圆整后取吸盘直径五 真空发生器的选取1. 真空发生器简介：真空发生器用于产生真空，结构简单，体积小，无可动机械部件，安装和使用都很方便，因此应用很广

6、泛，真空发生器产生的真空度可达到 88kpa，真空发生器的工作原理如图3.2所示。它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、负压腔2、和接收管3等组成。真空发生器的耗气量是指供给拉伐尔喷管的流量，它不但由喷嘴的直径决定，还与供气压力有关。同意喷嘴直径，其耗气量随供气压力的增加而增加，如图3.3所示。喷嘴直径是选择真空发生器的主要依据。喷起直径越大，抽吸流量和耗气量就越大，真空度越低；喷嘴直径越小，抽吸流量和耗气量越小，真空度越高。2. 真空发生器的计算和选择： 吸着相应时间 T 是指从供给阀动作后到吸盘内的真空度达到吸着所必须的真空度的时间称为吸着相应时间。设Pv表示最终真空度，吸盘内的压力从大气压降

7、至真空度达 63%Pv 的到达时间为 T 1 ， 降至真空度达 95%Pv 的到达时间为 T 2 。试取L=0.5m，D=3mm其中，V：真空发生器到吸盘的容积（L）； D:配管内径（mm）； L:从真空发生器到吸盘的配管长度（m）； Q：通过真空发生器的平均吸入流量Q1和通过配管的平均吸入流量Q2中的较小者（L/min）； QL:工件吸着时的漏气量。取P/Pv=0.7，由上图查得T=1.2T1。根据抓取目标物体的速度要求TDN50要选择法兰接口，DN50则可根据用户需要自由选择。二、根据流体参数选择电磁阀的：材质、温度组 1、腐蚀性流体：宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；2、高温流体：要选择采用

8、耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，而且要选择活塞式结构类型的。 3、流体状态：大至有气态，液态或混合状态，特别是口径大于DN25订货时一定要区分开来。 4、流体粘度：通常在50cSt以下可任意选择，若超过此值，则要选用高粘度电磁阀。三、根据压力参数选择电磁阀的：原理和结构品种 1、公称压力：这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，是根据管道公称压力来定。2、工作压力：如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。 四、电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。五、根据持续工作时间长短来选择：常闭、常

9、开、或可持续通电2、要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。 3、但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。 六、根据环境要求选择辅助功能：3、当需要对电磁阀进行现场人工操作时，可选择OK71-S、OK72-S系列带手动功能电磁阀。 4、露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种（防护等级在IP54以上）。6、当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。例(1) Lucifer电磁阀对液体工质，有流量因子KV=Q(P/)1/2。Q：1min(ffice:smarttags /1L=103cm3)；p：bar(1bar=1019

10、716Kgcm2)；：Kgdm3(1Kgdm3=110-3Kgdm3)；KV：1min。对气体工质，流量因子被定义为传导c，有C=QP1KTWr空气气体。式中，Q：dm3s；Pl：电磁阀入口压力，bar；KT：温度校正系数，无量纲；：Kgdm3；w：电磁阀出口压力P2与人口压力P1比值的函数，无量纲；C：dm3Sbar。使用流量计算图表查得的最终结果：KV(C)或Q值的误差将达15。电磁阀通径的选算 电磁阀通径的选算要解决的就是电磁阀流通能力的计算。我们可以通过电磁阀制厂商在其选型样本上设计资料所列的公式及图表曲线，材料选择：电磁阀的工质流体通常分为空气(含隋 性气体)、水及轻油等几大类，而电

11、磁阀阀体 的材料通常有黄铜、不锈钢及铝等。除铝可 用于非润滑空气，黄铜、不锈钢对工质流体基 本上都能适应，因价格因素，黄铜材质选用最 多。同时与工质流体接触的部件密封 垫、阀盘较多的选用了丁腈橡胶，对热水和蒸 汽可选用特氟龙，对制冷(氟里昂)和二氧化 碳可选用聚四氟乙烯。其余部件材质大体相同。七 气源的选取 气源系统是为气动设备提供满足一定质量要求的压缩空气的动力源。气源系统一般由气压发生装置（空气压缩机）、压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组成。气动系统对压缩空气的要求：具有一定压力和流量并具有一定的净化程度。选取形式：（可删）1）按工作原理分类：空压机可分为容积式和速度式。2）按输出压力

12、大小分类，空压机可分为低压空压机（0.21.0 Mpa）、中压空压机（1.010 Mpa）、高压空压机（10100 Mpa）、超高压空压机（大于100 Mpa）。3）按输出流量或排量分类，有微型空压机（小于1 m3/min）、小型空压机（110 m3/min）、中型空压机（10100 m3/min）、大型空压机（大于100 m3/min）。单双级判据：（可删）单级活塞式空压机通常用于需要0.30.7MPa压力范围的系统。在单级压缩机中，若空气压力超过0.6 MPa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率，各项性能指标将急剧下降。因此当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩

13、功，提高容积效率，增加压缩气体排量。为了提高效率，降低空气温度，还需要进行中间冷却。 选用原则依据：气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。压力：工作系统压力+压力储备 大致范围：工作压力p=0.40.6Mpa 空压机压力p=0.71Mpa流量：自由空气量空压机输出流量式中 -设备利用系数 k1-泄漏系数k1=1.151.5 k2-备用系数k2=1.31.6 qz同时工作执行机构自由空气量（气动系统同时工作的执行机构用气的最大耗气量，单位为m3/min；k修正系数，一般可取k=1.31.5。）空压机供气量Qc的大小应和目前气动系统中各设备所需的耗气量相匹配，并留有10%左右的余量。在确定供气压

14、力pc与供气量Qc后，按空压机的特性要求，选择空压机的类型和型号。 八 电源的选取根据第四性220V九 十 参考文献一、气压传动系统的工作原理以及组成气压传动以压缩空气作为工作介质进行动力传递。气动系统由下面几种元件及装置组成1.气源装置 压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。为系统提供合乎质量要求的压缩空气。2.执行元件 将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。3.控制元件 控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类;4.气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。二、气压传动的优缺点(1)优点1)空气可以从大气中取得，同时，用过的空气可

15、直接排放到大气中去，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。2)空气的粘度很小，在管道中的压力损失较小，因此压缩空气便于集中供应(空压站)和远距离输送。3)因压缩空气的工作压力较低(一般为0.30.8MPa)，因此，对气动元件的材料和制造精度上的要求较低。4)气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。5)使用安全，没有防爆的问题，并且便于实现过载自动保护。(2) 缺点1)气动装置中的信号传递速度较慢，仅限于声速的范围内。所以气动技术不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中，同时，实现生产过程的远距离控制也比较困难。2)由于空气具有可压缩的特性，因而运动速度的稳定性较差。3)因为工作压力较低，又因结构尺寸不宜过大，因而气压传动装置的总推力很大。4)目前气压传动的传动效率较低。